哈尔西不同，以战术判断准确和头脑冷静著称，是一个讲究方法的文静的策略家。尼米兹曾精辟地评论他说：〃斯普鲁恩斯是将军的将军〃，具有卓越的判断力，〃他这样的指挥官总是先对各种情况进行彻底的调查了解，然后进行细致周密的考虑，一旦决定打，就狠狠地打。〃他大胆而不鲁莽，对打仗具有某种特殊的谨慎和感觉。
5月27日，珍珠港汽笛长鸣，水手们欢呼雀跃，迎接在珊瑚海海战中负了重伤的〃约克城〃号的归来。尼米兹穿着长筒靴，和船坞的修船工一起检查了宽大的船壳了下令这艘本来需用3个月才能修好的航空母舰〃必须在3天之内修好〃。
第二天，尼米兹召集弗莱彻和斯普鲁恩斯一起就战术问题进行了紧张的磋商。他向两位司令官详细说明了他的作战方针：美国在兵力处于劣势的条件下，必须利用自己已掌握了对方情况的有利条件，出其不意，先发制人，使敌航空母舰处于被动挨打的地位。预计日军突击部队将在6月4日（日本时间是6月5日）晨发起攻击，攻击机从南面飞向中途岛，搜索机从北面、东面和南面进攻。在这个时候，连夜沿西南方向航线前进的美国特混舰队，应当在中途岛以北200海里处待命，因为该海域正好处于从西北方向攻击中途岛的日本舰队的侧面。一旦接到美国侦察机有关敌军所在位置、航线、航速的第一个报告，即准备发动攻击。只要掌握好了时机，就能在敌人航空母舰上的一半舰载机起飞袭击中途岛时，去拦击敌航空母舰。如再进一步掌握好时机，就能在进攻中途岛的半数敌机尚未返航时，打击敌航空母舰。显然，这一切的前提是美军航空母舰必须有准确的算度，第16和第17特混舰队要在6月3日于中途岛东北的〃运气点〃准时会合。如果弗莱彻珊栅来迟，斯普鲁恩斯就会处于困境，或者被迫单独出击。如果他到得太早，就得潜伏在该海区等待斯普鲁恩斯，那样就很可能被日军发现。会合固然要求精确地计算时间，而进攻时机的选择更需要精细、恰当，不能有丝毫差错。尼米兹对两位将军明确地说道：〃你们必须掌握既要勇敢但又不莽撞的原则，即在给予优势敌军重创之前避免暴露我军力量。一旦暴露，就要给敌人以较大的杀伤。〃
5月28日，斯普鲁恩斯少将指挥第16特混舰队（拥有〃大黄蜂〃号和〃企业〃号两艘航空母舰、5艘重巡洋舰、1艘轻巡洋舰、11艘驱逐舰）离开珍珠港，2天后，弗莱彻的第17特混舰队（包括〃约克城〃号航空母舰，2艘重巡洋舰和6艘驱逐舰）也从珍珠港出发，按尼米兹精心策划好的日程和航线，向预定待机地点进发。
然而对这一切还都蒙在鼓里的日本海军，仍按计划踏上了征服中途岛的航程。
5月27日是东乡平八郎将军指挥日本海军在对马海峡大胜俄国舰队37周年纪念日。人们身着盛装纷纷涌到街头庆祝日本海军引以为自豪的日子——海军节，日本报纸照例又吹响了它所有喇叭，向日本海军献媚：〃今年的海军节不只是个纪念性的日子、回忆性的日子，还是个大功告成的日子。日本海军不仅在37年前战果赫赫，而且，此后它又一次次地立下了令人难以置信的更大的军功……这是达到顶峰的时刻，是大功告成的时刻。〃
《日本时报与广告报》还特意对日本海海战中的山本五十六进行了吹捧：
〃就是在这次具有历史意义的战役中，海军士官生山本失去了2个手指。要是他失去3个手指，按规定他就不能留在海军里了。可以说，一个手指之差使这位士官生得以在37年后担负起了已故海军大将东乡相同的职责。因此人们可以称这是上天为促进日本国的事业而赐予的恩典……〃
在一片鼓噪声中日本联合舰队的机动部队从濑户内海的柱岛基地起锚。山本之所以选择这一天，就是希望中途岛作战能成为第二个日本海海战。
由轻巡洋舰〃长良〃号所率领的第10战队的12艘驱逐舰，以一字纵队在前开道；紧跟在后面的是第8战队的〃利根〃号和〃筑摩〃号重巡洋舰；似乎要造成戏剧性的高潮，第3战队的战列舰〃榛名〃号和〃雾岛〃号相继驶过，激起阵阵波浪；最后的高潮是第l航空战队和第2航空战队的4艘大型航空母舰——〃赤城〃号、〃加贺〃号、〃飞龙〃号和〃苍龙〃号。
在日本漫长的历史上，给太阳旗增辉最多的海军部队莫过于第一航空部队了。在不到6个月的时间里，他们从珍珠港打到印度洋，南云的名字几乎同山本一样让英美人铭心刻骨。太平洋战争爆发以来，他的舰队已经击沉敌战列舰5艘、航空母舰1艘、巡洋舰2艘、驱逐舰7艘，重创敌舰多艘，使许多小吨位的舰船葬身海底，而他自己却只舰未失。当中午时分舰队驶过丰后水道之后，当初对中途岛作战有疑虑的人也对这一仗一下子充满了莫名其妙的信心。
担任进攻阿留申群岛的角田党治海军少将的第2机动部队已于5月26日自本州北部的大凑先行出发，5月28日，细萱海军中将的阿留申登陆部队也自大凑起航。当天晚上，远在南方马里亚纳群岛由田中海军少将指挥的运输中途岛登陆部队的船队，也在巡洋舰、驱逐舰护航下，从塞班岛出发。
第2舰队司令长官近藤信竹中将所率领的由16艘战舰组成的另一支大型舰队，比南云舰队晚两天，于5月29日离开广岛湾，驶往中途岛。山本五十六大将直接指挥的由37艘大型战舰组成的舰队，在近藤部队出发后也接着起航。这样，日本联合舰队的全部力量就都出海了，全部舰只总计达350艘之多，总吨位达150万，飞机1000多架，它们的锅炉房消耗的燃料比帝国海军平时一年烧掉的燃料还要多。
山本出海后的第二天，天气突然变坏，汹涌的波涛疯狂地扑打着疾驰的舰队，使大海中的战舰就像漂浮在浪涛中的叶片一样。看着翻卷起伏的波浪，山本的心潮也无法平静。不知道为什么，他对这次自己亲自策划的战役隐隐约约地有某种不安的感觉。出发前他在给情妇千代子的信中写道：〃29日就将起锚出征，在海上约需3周左右的时间，我将亲自指挥全军奋战。说心里话，对这次出征作战，我并不寄予多大期望。今天是纪念日，道路崎岖坎坷，已到顶点。〃
山本五十六的预感很快将变成现实。山本那过于庞大的计划从一开始就遇到了麻烦。5月31日奉命前去珍珠港侦察美太平洋主力舰队动向的二式水上飞机，因为在预定加油地点发现美军，不得已取消了这次侦察任务；接着山本派出的潜艇警戒部队，也因潜艇的行动延迟了两天，而错过了时机。当潜艇于6月4日到达预定阵位时，美国的第16、17两支特混舰队早已由此通过多时了。山本费尽心机在中途岛与夏威夷中间设置的三道潜艇警戒线成了马后炮，形同虚设。
6月1日和2日，令山本不安的消息接踵而来：
无线电侦察发现，从夏威夷发出的电讯有明显的增加，在所截收到的180份电报中有72份是急电，说明局势异常紧张。
〃敌人似乎加强了对中途岛西南方面的巡逻，巡逻距离大概为600海里。〃
〃看来敌人在实行严格的警戒，大批敌机昼夜24小时在实施防御巡逻……〃
最后，〃大和〃号上的无线电甚至截听到了显然表明美国航空母舰在夏威夷海域的信号，但山本似乎更愿意相信大本营的判断：美国航空母舰还在所罗门群岛附近活动，因而他认为不值得打破无线电静默而使整个行动受到破坏。
此时海面上大雾弥漫，连强烈的探照灯光也难以穿透周围的一片昏暗。各编队在茫茫大雾中向前猛冲，加上舰队保持无线电静默，其情景如同盲人骑瞎马。直到6月3日24时，仍无明显迹象表明日舰队被美方发现，从山本以下直到每一个舰员都自信能够出其不意地对美军进行突袭。
4日，困扰南云舰队的浓雾终于消散。但随着浓雾的消散，由中途岛基地起飞的美侦察机很快即发现了正向中途岛疾进的运输船队。中午时分，9架满载炸弹的美B…17式轰炸机攻击了运输船队。当天下午，在中途岛降落的4架新的海军PBY〃卡塔利娜〃式水上飞机，又携带鱼雷对日本运输船队进行了第二次袭击。
两次袭击的消息使山本感到吃惊，意识到入侵中途岛的计划可能已经暴露，但这并没有引起他和他的参谋们的过分不安。他们认为这样也好，只有比原计划提前几小时把太平洋舰队的主力引出珍珠港才会更有利于达到消灭美军主力的目的。因此山本五十六并没有把运输船队受到攻击的消息通报给最前线的南云舰队。南云的参谋长草鹿后来说道：直到此时，〃我们坚信敌人并未发现我机动部队。〃因此盲目自信的南云舰队始终以24海里的高速向中途岛航行。
入夜，天空晴朗，视界开阔，天上只有片片浮云在飘荡，使人很难相信在这之前天气竟是那样的恶劣。
23时30分，南云的旗舰〃赤城〃号上的一个对空了望哨突然喊道：〃发现一架侦察机的灯光，右舷90度，高角70度。在云上向我靠近！〃
舰长青木立即下令拉响战斗警报，舰员们各就各位。只见天上星光穿过云隙忽明忽暗地闪烁着，不见敌机踪影。原来了望哨把星星当成了目标。过了一会，青木正要下令解除警报，那了望哨又大声报告；〃还是那个方向发现灯光！不是星星！〃对空战斗的命令立即发往各舰，结果又是一场虚惊。
23时45分，各舰下达了起床命令。日出时间为2时，即中途岛时间4日5时，目前海上仍然一片昏暗。航空母舰上的飞机已经开始发动，轰鸣声响成一片。马上就要给美国人以沉重打击了。此时此刻，南云非常乐观，信心十足。就在战斗发起之前，他对形势作了非常乐观的估计，认为敌人尚未察觉我方企图，也未发现我机动部队；没有迹象表明以航空母舰为核心的敌强大舰队在我附近，敌舰队大概会在我中途岛进攻作战开始后出来应战。因此，我们能空袭中途岛，歼灭岛上岸基飞机和支援我登陆作战。然后如果敌机动部队出动，我们可转过头来迎击并有可能将其歼灭。
6月5日凌晨1时30分，南云部队到达中途岛西北240海里的水域。还有半个小时太阳就要升起了，只见天空明亮、清晰，有几丝云彩随着吹起的东南信风悠悠飘荡。出击的时刻来到了。
在第1航空母舰舰队的待命室里，南云的飞行员们吃着干栗子，喝着冷酒，这是在为即将参战的勇士们举行传统的欢送会。飞行甲板上一排排准备起飞的飞机机翼上的红、绿色航行灯一起闪亮，航空母舰上的探照灯光把整个飞行甲板照得如同白昼。由于〃赤城〃号的飞行队长渊因身患疾病，第一攻击波的总指挥由〃飞龙〃号的飞行队长友永丈市大尉担任。第一攻击波由3个机队编成；水平轰炸机队、俯冲轰炸机队和担任护航的制空战斗机队，每个机队各36架飞机，合计108架。
航空母舰起航仪式开始时，地平线上刚刚露出微弱的光线。警报拉响了，〃赤城〃号迎风行驶。飞行长大声下达命令：〃全体注意，各就各位！开车！〃随着绿色信号灯在空中划了一个大圈，飞机一架接一架地摇摆着向前，轰鸣着飞上破晓的天空。全部飞机在15分钟内从4艘航空母舰上同时起飞，它们盘旋着，在完成编队后向中途岛扑去。
在第一攻击波起飞后不久，南云根据计划又派出了7架侦察机对海面进行搜索侦察，以确保及时发现附近海区内可能出现的美特混舰队。7架飞机按计划分别由〃赤城〃号、〃加贺〃号各派一架，驱逐舰一利根〃号和〃筑摩〃号各派2架，战列舰〃榛名〃号派出1架。前2架负责西南方向海面，后5架负责东北方向海面，7路侦察机成扇面以舰队为中心进行搜索。除了〃榛名〃舰上的水上侦察机搜索半径为150海里外，其他飞机搜索半径均为300海里。
由于当时日军侦察机没有装备雷达，全靠目力观察，按通常的惯例应采取双相搜索进行侦察，即：第一批搜索机争取在天亮时到达搜索半径的最外端，然后返航。首批飞机启航后约1小时，在同一搜索扇面内派出第二批侦察机，其主要任务是搜索第一批侦察机在夜间未能搜索到的海区。这样可将发现敌舰的概率提高一倍。但是，当时整个日本海军没有给予战场空中侦察以足够重视，南云虽有足够数量的、受过夜间飞行训练的飞行员来实施这一侦察方案，但他不肯增加用于侦察的飞机的数量。因为他根本就不相信敌舰队会在东经165度日军派出的潜艇警戒线以西出现。
各侦察机顺利升空，但原定在搜索扇面中央担任侦察任务的〃利根〃号和〃筑摩〃号两艘巡洋舰上的4架侦察机却因弹射器发生故障而未能准时起飞，待到其升空执行任务时，已比预定的出发时间晚了整整30分钟时间。这是一个严重的非同寻常的失误。接着，〃筑摩〃的6号机在搜索途中由于引擎发生故障，不得不于3时35分提前返航。整个侦察任务安排马虎，成了日本中途岛海战惨败的致命原因。
从美军的计划看，美特混舰队就在这一架折返的飞机的搜索区内。如果没有返航，自然会发现而且可以由日舰队先发制人；如果有第二批侦察机也可能发现。由于飞机的故障却出现了漏洞，而敌舰队恰好就在这个漏洞里，这对美军来说真是无法想象的幸运。
且说在南云把空袭中途岛的第一攻击波刚放走，就下令把第二波飞机从机库提升到飞行甲板。因为这是山本在出发前特意叮嘱安排的，主要是时刻准备提防和攻击有可能出现的美特混舰队。第二波飞机也是108架。
飞行甲板上摆满了这样多的飞机，无疑对美军也是一个极大的诱惑。当时在场的渊日美津雄中佐说：〃我们就像一个背着满口袋黄金，单身在森林里赶路的人，自然会引起强盗注意，哪个强盗首先发现了，都会猛扑过来。〃何况，只有18架战斗机为南云部队的21艘军舰的空中战斗巡逻。可以说，南云部队处境险恶。
6月5日晨，美霍华德·艾迪上尉驾驶着大型水上飞机在中途岛西北200海里的上空侦察飞行，当他穿过断云时，突然在水天线处发现了日本舰队。艾迪立即打开他的收发报机：〃达夫尼呼叫，达夫尼呼叫，发现敌舰队，航向135度。航空母舰2艘、战列舰2艘、巡洋舰和驱逐舰待报。〃不久，在艾迪东南方向的驾驶员蔡斯上尉又发现大批的日机正全速飞向中途岛。蔡斯立即发报，1分钟后，中途岛发出了战斗警报。此时正是中途岛时间6月4日清晨6时整（中途岛与日本的时差为21小时）。
蔡斯驾机悄悄地跟踪日机队，在离中途岛不到30海里的地方，他抢先飞到日机群上空，发射了1颗降落伞照明弹，向早已在空中严阵以待的26架〃野猫〃式战斗机报警。
空中拦截战开始了，但美机不是性能优良的〃零〃式机的对手。经过15分钟的激战，日本战斗机共击落15架美机，而自己未损1架，使全部轰炸机躲开了美机的拦击，安全抵达中途岛上空。
可是，早已作好充分准备的美国人已把岛上的飞机全部派到上空，机场上空空如也，偷袭珍珠港的那种便宜事再也没有了。日本轰炸机仅仅只能对东岛机场、机库、机场跑道及其他地面设施进行袭击和轰炸。第一次攻击没有达到预期目的。心情沮丧的第一攻击波指挥官友永在返航时向航空母舰请示：〃需要进行第二次攻击