5月27日被称为日本海军的纪念日，山本五十六选择在这一天启动部队前往中途岛，南云忠一率领的机动舰队首先驶离广岛湾。近藤信竹率领的一支大型舰队于5月29日离开广岛湾。山本率领的主力编队也紧跟着近藤信竹的舰队出发了。在山本的舰队出发之前或同时，也有好几支舰队开往了中途岛或相关海域。以山本五十六为总司令的这支联合舰队，差不多算是倾巢而出，比偷袭珍珠港的队伍规模大出了好几倍，也比美国太平洋舰队的实力高出一截。
然而，就是这样一支队伍，不但在之前就已经出现了很多不好的兆头，现在更是显得祸不单行。在山本五十六出海的第二天，天气就开始突然变坏，汹涌的波涛猛烈地拍打着舰船，使得这支舰队在海上时隐时没。“赤城”号飞行队长渊田美津雄在舰队出发不久之后就患了急性阑尾炎，迫不得已只好在舰上做了手术。航空队参谋长源田实也在渊田美津雄动了手术之后一路高烧。说起来也真是奇怪，就连山本五十六也一阵阵地感到肚子疼痛。
6月4日2时45分，日军“驰骋”号航空母舰的扩音器响了起来，整条舰上都充满了紧张的气氛，舰上的飞行员一个个翻身下床，本来还在病房里的源田实听到声音之后，也跌跌撞撞地披衣出来，跑去向南云忠一保证自己的病已经好了，可以担起指挥袭击的任务。
大约3点钟的时候，源田实下达了攻击命令，第一攻击波的飞机一架接着一架地启动了引擎，从排气管里喷出白色的尾气，打破了甲板上的宁静。在指挥官的指示灯亮起之后，第一架战斗机便从灯火通明的甲板上冲向了黑暗的天空，引来了水兵们一阵热烈的欢呼声。在第一架飞机起飞之后，后面的8架战斗机也相继起飞，接着又是18架俯冲轰炸机，然后又是水平轰炸机，总共有108架飞机从航空母舰上起飞成功，它们飞到天空，形成了一个环形的队伍，绕着舰队飞了一圈之后便向东南方的中途岛飞去。
在飞机全部飞走之后，人们望着那消失在远方的闪烁的灯火，甲板上变得一片寂静，但是，这种寂静只持续了很短的时间，随后就传来了第二攻击波飞机起飞的命令，这个攻击波的飞机数量同第一攻击波相同，也是108架。
5时30分，美军的雷达发现了前来进攻的日军飞机，战斗的警报马上拉响了。此刻，日军机群在友永大尉的率领下，距离中途岛还有150公里左右。尼米兹司令命令岛上所有的飞机即刻起飞，并准备用战斗机迎接机群，而用轰炸机和攻击机来歼灭日军舰队。
6时16分，中途岛上的飞机全部起飞完毕，恰好这个时候，最前面起飞的飞机跟日军飞机在空中相遇了，于是战斗就这样打响了。
日军的“零”式战斗机在美军战斗机还没有来得及冲入日军轰炸机群的时候就开始进攻了，双方的飞机在天空中厮杀不停，时而俯冲而下，时而跃起升空。由于日军战斗机在数量上和性能上都要超过美军飞机，所以这次空战的结果是这样的：美军有17架飞机被击落，并且有7架飞机被击伤，而日军的战斗机则没有损伤。
日军飞机避开了美军飞机的拦截，扑向中途岛，冒着美军猛烈的地面炮火，它们狂轰滥炸了20分钟，炸毁了岛上的建筑、油库以及海上飞机库，而日军飞机也被击落了一小半。然而，日军丝毫没有达到目标，因为岛上的飞机都已经飞上了天空，地面的机场和机库都已经空空如也。
眼看飞机已经扔完了炸弹，飞机的油料也将要燃尽，于是只得从中途岛的上空开始返航。同时向南云忠一发出电报，告知需要进行第二次攻击。
在日军向中途岛发动第一攻击波袭击的同时，美军也积极发动了对日军舰队的打击。也就是在6月4日太阳即将升起的时候，美军第17特混队指挥官弗莱彻派出10架侦察机前去搜寻日军舰队。不过，在他们还没有来得及发现日军舰队之前，从中途岛上起飞的水上侦察机就已经发现了日军舰队的行踪。5时25分，在南云忠一突击舰航行的海域，一架“卡特莱纳”式水上侦察机透过云层发现了日军舰队，于是马上向基地进行报告。
弗莱彻在接到报告之后，想立即出动飞机进行打击，可是派出的10架侦察机由于燃油即将用完需要降落，因此，他不能让飞机立刻从甲板上起飞，于是，他向“企业”号航空母舰上的斯普鲁恩斯发出电报，让他们首先发动对日军舰队的攻击。
斯普鲁恩斯接到命令之后，打算再航行3个小时到上午9时再发动攻击，不过，他的参谋提出了不同意见，认为不如在上午7时发动攻击，因为那时候空袭中途岛的日军飞机正是返航降落的时刻。但这样做具有极大的冒险性，因为出击时间提早了，飞机的航行路程就远了，它们就有可能因为燃油耗尽而无法返航，不过，斯普鲁恩斯最后还是接受了参谋的意见，让航空母舰的大部分飞机在7时出动攻击。
到了7时，斯普鲁恩斯的87架飞机离开航空母舰奔赴日军舰队，只留下44架飞机来保护自己的水上舰队。
在斯普鲁恩斯的飞机起飞之后，弗莱彻的飞机也在一个半小时之后起飞了，等他的飞机全部起飞完毕，已经是9时多了。
在南云忠一收到需要对中途岛再次进行攻击的电报，可却还没来得及进行反应和部署时，他便收到了发现美机的消息，随即就响起了警报。
原来，从中途岛起飞的第一批飞机已经到来了，只见6架鱼雷攻击机和4架轰炸机在“赤城”号右边掠过，前来进行袭击。
日军舰队见此情形，立即发射炮弹，顿时炮声轰鸣。同时也派出20多架战斗机升空阻敌。
美军战斗机丝毫不顾日军的炮火和战斗机的拦截，它们拼命地向“赤城号”扑去，在前进的途中，3架飞机被击落了，其余的7架飞机继续逼近日军航空母舰，并且一次又一次地投放鱼雷，有一架飞机在即将跟航空母舰相撞的时候被击毁。遗憾的是，这些飞机的鱼雷一颗都没有命中目标，最后也只有3架飞机返回了中途岛。
日本舰队遭到美军空袭之后，虽然没有多大损伤，但是却给了南云忠一一个刺激，他觉得这些飞机一定是来自中途岛的，所以眼下必须把中途岛的力量给消灭干净，想到刚刚由友永发回的请求再次攻击的电报，更加坚定了他的决心，于是立刻下令进攻中途岛。
空袭中途岛需要给飞机配备炸弹，因而需要把飞机上的鱼雷给换下来，这就需要把航空母舰上的飞机用升降机运到下层甲板以进行操作。7时15分，日军船员开始为鱼雷机换取炸弹，机械兵开始了紧张的工作，让一架架飞机在下层甲板降落。可是在他们工作还不到15分钟的时候，就收到了一个令人吃惊的消息，日军侦察机发现了10艘美军军舰正在向东南方向快速前进。
南云忠一听到这个消息，更是吓了一大跳，因为计算结果出来之后，美军舰队距离日军舰队只有320公里了。倘若美军的军舰之中有航空母舰的话，那么日军舰队就处于危险的境地了。因为日军的航空母舰上的鱼雷机正在下层甲板装炸弹，不能起飞去攻击美军军舰，而美军的军舰如果有航空母舰的话，那么他们的飞机可能已经起飞前来攻击了。
7时45分，南云忠一感觉越来越不对，需要重新估量一下形势，于是，他连忙下令停止对鱼雷机的换弹。但是已经太迟了，在他们还没有来得及作出新的决定时，美军的第二次攻击就开始了。的确如南云忠一所担心的那样，这些飞机又是来自中途岛的。
最先到达的是16架俯冲轰炸机，这些美军轰炸机不是日军战斗机的对手，还没有靠近日军的航空母舰就被击落了一半。接着又是15架轰炸机前来投放炸弹，可是由于瞄准不够，一枚都没有命中。最后的11架轰炸机在日军战斗机和防空炮的阻击下也未能突破防线。
虽然美军前后两次的袭击都没有给日军舰队造成很大的伤害，但却给了南云忠一很大的压力，因为他不知道中途岛到底有多少兵力。而就在美军第二次袭击日军的时候，南云忠一又收到了侦察机发回来的信息，在发现的10艘军舰中没有发现航空母舰，对日军舰队产生不了威胁。因此，在赶走美军之后，南云忠一再次下令准备攻击中途岛，于是机械兵们又开始给飞机卸载鱼雷而改装炸弹。可是在10分钟之后，南云忠一又收到了侦察机发回来的信息，说美军舰队的后面好像还有一艘航空母舰。
日军舰队的参谋们不相信这个消息，他们觉得如果美军舰队有航空母舰的话，那么应该早就发动进攻了。但南云忠一却相信这个消息，因为他觉得具有如此规模的舰队，应该至少有一艘航空母舰。于是，南云忠一又下令重新给飞机安装鱼雷，准备马上对美军舰队发起攻击，因此机械兵们又开始忙乎起来。
8时30分，袭击中途岛的友永机群已经飞回到日军舰队的上空，需要立即降落在航空母舰的甲板上。而作为第二攻击波的飞机正停留在甲板上，还没有完成鱼雷装卸工作。同时，保护航空母舰的“零”式战斗机也因为燃料即将用尽而急需降落在甲板上加油。
遇到了这样的情况，到底该怎么办呢？
如果派出甲板上的飞机去攻击美军舰队，可飞机还没有把鱼雷安装上去，而飞机上所拥有的只是杀伤力很小的炸弹。而且，如果这些轰炸机出动的话，也没有战斗机前往护航，这样的话，这些轰炸机的下场就会同美国前来攻击的飞机的下场相差无几。更为重要的是，如果马上命令甲板上的飞机出击，那么他们就会占用舰上的跑道，这样一来，友永机群也就无法降落到航空母舰之上了，而飞机的油箱已经空了，这样就会导致友永机群的飞行员丢掉性命。
经过一番考虑之后，南云忠一最后还是决定让友永机群和护航战斗机降落加油，于是不得不让停在甲板上的飞机入库。在天空盘旋已久的飞机一架接一架地降落到甲板之上，当最后一架飞机落地的时候，已经是9时18分了，飞机降落足足花了40多分钟的时间。
同时，为了避开美军舰队所在的方向，从而给自己争取时间，南云忠一下令把前进的方向由东南改为东北，并且加快了速度。在军舰前行的过程中，日军紧张地做着战前的准备工作，为护航机加油，为攻击机装上鱼雷。为了加快速度，他们甚至来不及把卸载下来的炸弹送到弹药库，而是直接就摆放在了一旁。
但是，谁也没有想到的是，正当日军舰队在作着攻击美军舰队的准备时，美军飞机却提前找上门来了，15架鱼雷攻击机从日本航空母舰“加贺”号右舷飞了过来。不过事情并没有想象中的那么可怕，因为美军的护航机跟鱼雷攻击机在飞行过程中失散了，因而，鱼雷攻击机只能在没有战斗机护航的情况下投入战斗，这样就显得格外危险。
日军的“零”式战斗机向美军飞机扑去，用猛烈的炮弹击落了一架又一架美机，使得美军飞机毫无还手之力。最后，美军的15架飞机被全部击落，当美军最后一架飞机落下的时候，引来了日军水兵热烈的喝彩。
然而，正当日军水兵欢呼雀跃的时候，处在舰队边缘的驱逐舰发来了警报，告知美军的鱼雷攻击机又来攻击了。这次的美军飞机是从“企业”号上起飞的14架鱼雷攻击机，它们在到达日军舰队上空的时候，跟前面的飞机一样也跟护航机失去了联系。但是它们依然向日本“加贺”号航空母舰发动了攻击，不过跟前面的情形一样，这些飞机同样被一架接一架地击落了，最后只有四架飞机逃回了中途岛。
让日军没有想到的是，刚刚击溃美军的第二次攻击，还没有喘过气来，又迎来了美军的第三次攻击。这次的飞机是来自美国“约克城”号上的12架鱼雷攻击机，不过这次有六架战斗机护航。
当美军飞机飞临日本“苍龙”号航空母舰的时候，日军的“零”式战斗机很快就把美军的“野猫”护航机给围住了，以至于失去护航的鱼雷攻击机仍然没能对日本航空母舰造成什么损伤，反而是美军的飞机一架接一架地被击落，最后只有两架飞机逃离出去。
美军对日军舰队发动的几次攻击都没有收到什么效果，现在南云忠一要发动自己的飞机进行反击了，数量众多的战斗机都作好起飞的准备了，它们马上就要对美军航空母舰进行猛烈的打击了。
然而，就在日军准备出击的这一时刻，美军的麦克拉斯基少校已经率领美军的轰炸机从“企业”号上起飞，来到了日军舰队的上空。他们看到海面上的日军航空母舰正在掉头转向，准备让舰上的飞机起飞。
麦克拉斯基立即下达了攻击命令，他让贝勒特上尉率领队伍去攻击南云忠一的旗舰“赤城”号航空母舰，让加拉赫上尉率领队伍去攻击“加贺”号航空母舰。随着麦克拉斯基的一声令下，一架架战斗机奋勇争先地向日军舰队俯冲而去。
这时候，一名日本防空兵发现了美军的轰炸机正急速飞过来，吓得惊叫起来：“俯冲轰炸机！俯冲轰炸机！”
在蔚蓝色的海洋上，是日军的环形舰队，在队伍的中间，是四艘航空母舰。不过，在这个时候，在舰队的上空和周围没有一架护航的飞机，所有的飞机都停留在航空母舰的甲板之上。
见到这种情景，加拉赫俯冲而下，瞄准“加贺”号投下一枚炸弹，然后急忙腾空而上，仔细观察着自己的炸弹，发现很快就在甲板上爆炸了。接着，又有三枚炸弹飞向了这艘航空母舰，分别在不同的位置爆炸开来。顿时，甲板上的整装待发的飞机、飞行员，一下子就被熊熊烈火给包围了。