业〃号航空母舰起飞了33架〃无畏〃式俯冲轰炸机、14架鱼雷机、10架战斗机。8时40分，17架〃无畏〃式俯冲轰炸机、12架鱼雷机和6架战斗机又从〃约克城〃号航空母舰上起飞。
然而，庞大的机群缺乏配合，编队四分五裂。由于侦察机的失误，一些美机来到预定海域却不见南云舰队踪影。有的飞行编·队与日舰行驶方向恰好南辕北辙。一队由15架鱼雷机组成的编队，独自向北搜索，终于发现了南云编队。不幸的是，这组美机燃油耗尽，而且无战斗机掩护。在舍身取义、勇敢地冲向目标的英雄壮举中，被日〃零式〃战机和高射炮火纷纷击落。与此同时，由〃企业〃号起飞的14架鱼雷机和由〃约克城〃号上起飞的12架鱼雷机在袭击日舰〃苍龙〃号和〃飞龙〃号的战斗中均遭重创，更为可悲的是，美机所投鱼雷竟无一命中日航空母舰。
就在美军败局将定的时刻，却出现了戏剧性的转折。
从〃企业〃号上起飞的33架〃无畏〃式俯冲轰炸机，在预定海域没有发现目标，搜索了1个小时也一无所获，由于燃料不足，正准备返航时，却突然意外地发现了一艘日军驱逐舰。美机飞行员认为，这艘驱逐舰或许能够帮助他们找到日航空母舰，于是他们紧随日舰而行。果然，在6000米高空中，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〃号上起飞的17架俯冲轰炸机也发现了目标。这样，〃企业〃号的33架轰炸机以〃赤城〃和〃加贺〃号为攻击目标，而〃约克城〃号的17架飞机，专门攻击〃苍龙〃号航空母舰。
此时，日舰正处于极易受攻的境地，甲板上到处是鱼雷、炸弹以及刚加好油的飞机，而且保护航空母舰的零式飞机已经全部升空，正在四处追杀美国鱼雷轰炸机。这正是美军求之不得的有利时机。于是，〃无畏〃式俯冲轰炸机开始了无畏的攻击。
当然，如果起飞及时，甲板上的日机在5分钟后即可完全升空，从而与美机展开空战。但是，日军错过了这5分钟宝贵的时间，招致了日本海军350年来最大的悲剧。
当战火正旺时，尼米兹的办公室却总是一段长时间的沉默。他不停地让莱顿通过热线电话向罗彻福特发出询问，美航空母舰部队是否已向南云舰队发起攻击，如已发起攻击，日军反应如何？
但是，罗彻福特使用各种频率进行了解，却没有得到任何消息。尼米兹认为，也许这时没有消息反而是一件好事，如果敌舰没有发报，可能是因为它再也不能发报了。
美军飞行员犹如大发横财一般痛快淋漓，他们轮番攻击，连续投弹。顷刻之间，日舰上火光冲天，烈焰升腾，惊人的爆炸声此起彼伏。
〃赤城〃号数分钟内即告瘫痪，颠簸摇摆的甲板上一架架未能起飞的飞机，燃烧着滑进大海。南云中将被迫放弃了旗舰，移至〃长良〃号巡洋舰之上。〃赤城〃号于次日傍晚沉没。
太平洋舰队司令部的情报站从日舰报务员发报的指法推测到南云转移了，因为此报务员不似原〃赤城〃号那位，而极像〃长良〃号巡洋舰的报务主任。
〃加贺〃号此时也奄奄一息。当舰身发生巨大爆炸时，舰长牺牲在舰桥上。两小时后，这艘精锐的航空母舰成了一具残骸。而另一艘航空母舰〃苍龙〃号在弃舰令下达后，早于〃加贺〃号12分钟倾覆沉没。
顷刻之间，威武一时的南云部队只剩下〃飞龙〃号航空母舰独撑危局了。
〃飞龙〃号的战队司令官山口多闻是以胆识和才干著称的海军少将，他曾一度被认为是山本五十六司令官的接班人。此时，日本航空母舰编队遭受的毁灭性打击，令山口怒不可遏。他在接替了南云的空中作战指挥权之后，毫不犹豫地对美航空母舰发动了反击。
10时40分，小林攻击队的6架飞机突破美舰载战斗机的拦截，向〃约克城〃号航空母舰投掷炸弹。〃约克城〃号舰身起火，锅炉气压下降，失去了航行能力。
不久之后，珍珠港情报站截获一份日军空中飞行队长的电报：〃我们正在攻击敌航空母舰。〃该飞行队长命令手下的飞机连续实施攻击。接着，弗莱彻打破无线电静默，发回一份正规的密码电报：〃在中途岛以北150海里处遭到空袭。〃
受伤后的〃约克城〃号经过抢救之后，继续航行，但在下午3时遭到了日鱼雷飞机的第二次攻击。舰上的动力、照明和通讯系统尽遭破坏，左舷倾斜，在即将倾覆之时，舰长被迫下令弃舰。
弗莱彻请求舰队总司令尼米兹派出拖船，并要求第17特混舰队设法保护和营救〃约克城〃号。尼米兹答应了这一请求。他命令，在17特混舰队全力营救航空母舰的同时，由斯普鲁恩斯的第16特混舰队继续对日作战。
〃飞龙〃号发动两次进攻后，舰员们疲惫不堪，战斗力大减。但山口仍决定黄昏时再次出击，给美舰队以最后的致命一击。
正在这时，斯普鲁恩斯派遣的一支俯冲轰炸机队神不知鬼不觉地冲向〃飞龙〃号。一连串重磅炸弹呼啸而下，4弹命中目标。不久，〃大黄蜂〃号上的俯冲轰炸机和从中途岛、夏威夷起飞的B－17式飞机也赶来助战。
〃飞龙〃号在尚未对美舰造成致命一击之前，先遭毁灭，于21时23分葬身汪洋。山口多闻将自己绑束在舰桥上，随舰沉入海底。
〃飞龙〃号的沉没，标志着显赫一时的南云舰队主力的彻底倾覆。
斯普鲁恩斯向尼米兹发回战报，这份战报在一定程度上抵消了关于〃约克城〃号的不幸消息。战报称：〃在上午9时至11时之间，第16、17特混舰队航空兵，袭击了包括大约4艘航空母舰。2艘战列舰、4艘重巡洋舰和6艘驱逐舰在内的敌军航空母舰部队。据信，其中4艘航空母舰均遭倾覆。〃战报最后称：〃美方飞机损失严重。〃
6月4日傍晚，尼米兹和他的参谋人员围坐在一起，谨慎地回顾一天来的战况。从迄今收到的电报看，美国已经击败了南云舰队。但是，尼米兹仍在较为轻松的心情中期待着更为详尽的报告。
晚上10时，斯普鲁恩斯发回另一消息：〃在17点至18点之间，第16特混舰队航空大队，袭击了包括1艘航空母舰、2艘战列舰、2艘以上重巡洋舰和一些驱逐舰在内的日本海军舰队。日军航空母舰多次被500和1000磅炸弹击中，最后猛烈燃烧；至少有1艘战列舰4次被炸起火；1艘重巡洋舰也被炸燃烧。17点50分，位于北纬30度41分、西经177度41分，航向西，航速15节的敌军舰队，同东南方驶来的驱逐舰会合。3艘遭袭击的航空母舰，仍在燃烧并向东南方向航行……。〃
尼米兹看到这里，脸上终于溢出轻松的微笑。多日来疲惫的面庞一下子显得容光焕发、喜气洋洋了。他断定，日军4艘燃烧的航空母舰已经无可救药。胜券已从敌人手中夺了过来。双方交火的有效时间只有5分钟，在这5分钟里，日本海军的中坚力量遭到了摧毁，美军扭转了不利局面，使太平洋战局出现了重大转变。
尼米兹当即让参谋长德雷梅尔将军向所有部队发出一份早已拟好的电报，并抄报金上将和埃蒙斯将军。电报称：〃今天参加中途岛战斗的官兵，在我们的历史上写下了光辉的一页。我为你们感到骄傲。我相信，你们将全力以赴彻底打败敌人。〃
尼米兹怀着愉快的心清，回忆起在海军军官学院时研究历史上有关战役的日子。在1812年战争中，奥利弗·波利准将以灵活机动的战略战术击溃英国人，在成败攸关的时刻，为美国赢得了一次重大胜利。他想起了波利报给美国司令官的一句话：〃狭路相逢，料敌难逃。〃
当〃赤城〃号、〃加贺〃号和〃苍龙〃号起火燃烧时，山本为了挽回败局，下令集中中途岛和阿留中方向的全员战斗力，与美舰队进行决战，同时令军舰高速前进，趁黑夜占领中途岛。
尼米兹和莱顿均考虑到这种可能性，他们料定以果断和足智多谋闻名于世的山本是不会善罢甘休的。当夜，太平洋舰队司令部几乎无人安睡，他们必须密切注视有可能出现的各种意外情况，不让已经到手的胜利果实白白丢掉。
尼米兹说：〃我估计日本人仍想登陆。〃
莱顿回答道：〃是的，我认为是这样。〃
〃他们不怕付出巨大损失吗？〃
〃我想他们是不会顾及的。这是一支相当顽强的部队。一旦命令下达，他们必然就拼尽全力，否则，决不收兵。〃
然而，当山本确知〃飞龙〃号中弹沉没的消息后，终于没有孤注一掷。他否认了黑岛大佐提出的保全面子，掩饰败局的方案。该方案试图集中包括〃大和〃号在内的全部战列舰，在白天抢占中途岛。而这无异于自取灭亡。
但是，山本企图引诱斯普鲁恩斯的第16特混舰队进入以威克岛为岸基的日机飞行半径之内，然后一举予以歼灭。6月6日，山本发出了作战命令：〃在本地区作战的联合舰队各部队，应在威克岛航空兵攻击范围内接触并歼灭敌机动部队……〃
山本的如意算盘再次落空。斯普鲁恩斯的部队由于燃料不足而幸运地向东撤退，拉到了交战区之外。
一些军官对斯普鲁恩斯没有猛追敌舰，而是向东后撤大为不满，认为他错失了良机。尼米兹在情况没有充分掌握之前，不便过多评论，他对下属们说：〃我相信斯普鲁恩斯在那里对情况的判断，比我们在这里判断的更为准确。我相信他对这件事非常理智。随着时间的推移，事情将会真相大白的。我们在这里没有资格对一个战地司令官的行动品头论足。
显然，尼米兹的直觉是准确的，这体现了他对下级的了解和信任。
凌晨3时，根据中途岛侦察机的报告，日军在该岛以西的所有部队，都在向西移动。夏威夷情报站也已证实，日军第2舰队向西北航行。很明显，敌军是在全线后撤。
早晨8点刚过，�