因为美军事先有所准备，日军轰炸机的第一轮攻击波并未对中途岛构成重大打击。在针对中途岛的第二波攻击快要展开时，日军侦察机发回来情报说“发现敌军舰队似乎由1艘航空母舰垫后”。这给南云提了一个难题：或者选择马上动用第二波飞机发动一次进攻，第一波袭击中途岛的飞机正在返航，因为油料马上就快用完，无法在空中等待太长时间。另外一个选择是在发起第二波攻击之前，回收第一波机群以及正在为舰队护航的战斗机，以便重新装满弹药和油料。这样将可能发动一次较强的攻势，但至少需要1个小时的时间，而且这段时间容易成为美军飞机轻松袭击的大好时机。

有几个架次的美军战机发现了日本航母的动向。在接到信号后它们马上起飞，准备轰炸日军航母，但由于美军庞大的机群缺乏配合九*九*藏*书*网，编队四分五裂，而且南云让舰队转向航行，一些美机来到预定海域却不见敌军舰队踪影。

按照联合舰队制定的作战计划，日本进攻中途岛的舰队分为四支：山本亲自率领一支主力舰队，准备同美国舰队进行决战。南云忠一率领的第一航空母舰舰队担任主攻，它有“赤诚”、“加贺”、“飞龙”、“苍龙”四艘大型航空母舰。另外，每一艘航空母舰上还有36架基地空军驱逐机，准备在占领中途岛以后布置到岛上。另一支入侵舰队护送12艘运输舰，载着5800名官兵，准备在中途岛登陆。与山本相比，美太平洋舰队无论在数量和进攻能力上都出于劣势。值得庆幸的是，由于美海军在1942年1月从被击沉的日军潜艇中打捞到日军的密码本，并成功地破译了日本海军的“九_九_藏_书_网JN25密码”，使尼米兹能够获悉了日军的行动计划。

或许应该感谢命运，从“企业”号上起飞的33架美军“无畏”式俯冲轰炸机，由于燃料不足，他们正准备返航时，却突然意外地发现了1艘日军驱逐舰，于是率队紧随日舰而行。10分钟后，在6000米的高空中，麦克拉斯基他们发现了由4艘航空母舰组成的蔚为壮观的南云舰队。从“约克城”号航空母舰上起飞的17架“无畏”式俯冲轰炸机也紧随其后。此时的日舰正处于极易受攻击的境地，甲板上到处是鱼雷、炸弹及刚加好油的飞机，而且保护航空母舰的战斗机正在低空四处追杀美军鱼雷机。这正是美军展开攻击的有利时机。“企业”号的33架“无畏”式俯冲轰炸机，分成2个中队分别攻击“赤城”号和“加贺”号航空母舰，而ｗwｗ•99lib.ｎet“约克城”号的17架“无畏”式俯冲轰炸机则专门攻击“苍龙”号航空母舰。

也许认为美军舰队不会利用时间差来抓住稍纵即逝的战机，南云自信地采取了第二种方案。他希望毕其功于一役，而又尽可能减少损失。于是，南云让各战舰将已换装上炸弹的飞机再次送回机库重新改装鱼雷，收回中途岛归来的第一波飞机，并命令舰队以30节的航速向北撤离。

即便是处心积虑很长时间，山本还是不敢轻敌。6月3日和4日，日本两次空袭荷兰港，企图诱使美军分散兵力驰援阿留申，但均告失败。于是，他立即下令细萱舰队停止进攻阿留申并迅速南下，协同主力准备与美军舰队决战。6月4日凌晨3时左右，山本在离前方舰队数百海里外的“大和”号旗舰上向各舰队指挥官发出了“准备战斗”的电令。

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1942年4月和5月期间，在美军截获的日军通讯信号中，有一个“AF”名称出现的频率和次数明显增多。罗奇福特果断地推断，“AF”是指中途岛。为进一步证实这一推断的准确性，罗奇福特特意命令驻中途岛上的美军用浅显的明码拍发了一份作为诱饵的无线电报，谎称中途岛上的淡水设备发生了故障，供水紧张。果然随后不久，美军截获了另一份日军密电，电文说AF可能缺少淡水。显然日本所提到的就是中途岛。罗奇福特小组以此为突破口，破译了反映日军舰队作战计划的所有通讯，可以说已经是知己知彼。

中途岛之战，美军共损失1艘航空母舰、1艘驱逐舰、147架飞机和307人。日军共损失4艘大型航空母舰、1艘重巡洋舰、322架飞机和3500人，另有1艘重巡洋舰和2艘驱逐舰受重创。更重要九*九*藏*书*网的是，日本海军损失了2/3的大型航空母舰以及日军在太平洋战争初期所据有的海空控制权。

中途岛是太平洋上一个面积只有4.7平方公里的小岛，特殊的地理位置赋予了它极为重要的战略地位。之所以如此命名，是因为该岛距美国旧金山和日本横滨均为2800海里，处于亚洲和北美之间的太平洋航线的中途。日本偷袭珍珠港虽然获得了重大胜利，但美国的航空母舰当时不在港内，所以一艘也没有受到损失。日本决定再集中优势兵力，彻底歼灭美国航空母舰。要实现这一计划，首先就要拿下位于夏威夷群岛东北方的美国重要的航空基地中途岛，把它作为日军的作战基地。