几乎是这架日军侦察机返回航母的同一时刻，美军从中途岛起飞的侦察机也返回了基地。不同的是，美军侦察机不仅发现了山本和南云的舰队，而且截听到了日军指挥官下达的作战命令。
日军没有侦察到中途岛外围有美军舰队活动，山本就可以从容不迫地攻击中途岛了。未等太阳爬上中途岛的椰林，南云的第一波轰炸就开始了。但是早有准备的中途岛美军立即出动战斗机拦截日军轰炸机，同时出动10架B-17轰炸机，绕开正在轰炸中途岛的日军飞机，直接奔袭日军航空母舰。大吃一惊的日军航母的护航飞机紧急升空拦截，将其中的7架美军轰炸机击落。
中途岛的反击力量不仅迅速有效，而且有章可循，明显是有备而来，这让南云中将感到意外。在他的作战方案中，中途岛的抵抗应该是有限的，真正的恶战是歼灭前来救援的美军舰队。不想恶仗还没有开始，日军就被中途岛的守军纠缠，南云难免窝火。与此同时，执行第一波攻击任务的飞行员兴高采烈地报告说，第一波攻击任务顺利完成，准备返回航母加油和补充弹药后，进行第二波攻击。
根据作战预案，南云预留了一部分飞机，准备对付前来救援的美军舰队。现在，侦?飞机没有发现美军舰队在日本舰队周围活动，而中途岛又需要加大第二波的攻击力度，南云没有多想，就命令预留的战机起飞，协助执行第二波轰炸。南云中将这个一时冲动的命令留下了灭亡的隐患——原本装载鱼雷准备对付美军舰队的飞机，不得不卸下鱼雷，换装适合轰炸任务的炸弹。
在南云倾尽全力执行第二波攻击任务的同时，尼米兹命令117架鱼雷机、俯冲式轰炸机起飞，直接奔向200海里之外的南云舰队。目标只有一个——炸沉日军的航空母舰战斗群。
很快，南云中将接到了他应该在两个小时前接到的情报：由美军航母组成的特混舰队已经接?日军舰队。而此时，南云的舰队已经忙碌不堪。因为在获悉美军的舰队中有航空母舰后，南云立即下令正在换装炸弹的飞机重新换装鱼雷，这样的折腾可就让日军航母炸了锅。为了赶时间，从飞机上换下来的炸弹就随便扔在甲板上。但这带来了一个新的问题，那就是第一波轰炸中途岛的飞机即将返航，如果不清出跑道，它们就得掉进海里。
这还不是南云中将面临的全部问题，接踵而来的是中途岛再次起飞40架轰炸机前来攻击。对付这40架轰炸机并不是问题，问题是尾随这40架飞机而来的还有28架轰炸机——它们是从“约克郡号”航母上起飞的。这真是让南云目瞪口呆，因为原本应该两周后才能投入战斗的“约克郡号”只用72小时就完成了大修，并且在最后一刻赶到了战场。
在美军各型战斗机、轰炸机的轮番轰炸中，南云的舰队只有招架之功，没有还手之力。但是，日军并不是徒有虚名的，在?军突如其来的密集攻击下，只有招架之功的日军反击居然卓有成效。在不到一个小时的时间里，147架美军各类型飞机被日军击落，几乎是摩肩接踵地往海里掉。一个小时前还哼着小曲的飞行员就在战友的目视中牺牲，而目视战友牺牲的飞行员很快也步其后尘，栽入黑魆魆的太平洋。这种牺牲相当惨烈，却是值得的。为了躲避他们的鱼雷攻击和俯冲式轰炸，日军的航母不得不拼命地摆动船舵。这种摇头摆尾的姿态不仅让那些返航的战斗机无从降落，也让在航母上加油和更换炸弹的飞机无法起飞。
