珊瑚海战斗对于阻止日本入侵澳大利亚起到了决定性作用，但也增强了山本征服中途岛的决心，他欲在那里建立一个飞机场，打击所有来自美国基地的船只。
山本从各个角度分析了他的战略战术。首先，对远离阿拉斯加、由美国控制的阿留申群岛进行了牵制性进攻，希望以此分散美国整个舰队对中途岛的注意力。
但美国设法截获了日本高级指挥官之间的通信信息，发现了山本的计划，因此，尼米兹决定对阿留申群岛不采取任何行动，而将3艘航空母舰及8艘巡洋舰派往中途岛。
美国海军情报局聘请了单弦儿夫妇，他们成立了一个“魔术”小组。在与英国以及荷兰相关单位紧密的合作下，开始成功地解读日本海军主要通讯系统JN-25的部分密码。
到五月上旬，单弦儿和陆?他们在破解JN-25上取得了重大的突破，也因此得到了窥探日本海军计划的能力。JN-25让联军得悉“AF方位”将会是日本海军的下一个攻击目标，然而联军就偏偏破解不了“AF方位”所指位置。
由约单弦儿夫妇加入的夏威夷情报站认为“AF方位”是中途岛，但华盛顿海军情报处坚持认为是阿留申群岛。然而任凭联军解码科技多么的先进，也仍然无法破解“AF方位”的正确位置。
正当美军高层在伤脑筋的同时，单弦儿与他的情报小组成员们翻查以前堆积如山的电文。记忆力过人的陆?从浩如烟海的电文中找到1942年初的一份日军电报，电报是要求水上飞机从马绍尔群岛起飞，飞往珍珠港，电文还提到要注意避开来自AF的空中侦察……
从地图上分析，AF只能是中途岛。而且单弦儿还想到了一个能够确认“AF方位”是不是中途岛的妙计。
他说：“我们在破译他们电码的同时，他们也在破译我们。”
他要求中途岛海军基地的司令官以无线电向珍珠港发报，说中途岛上的海水淡化设备出现了问题，导致整个中途岛面临缺水的危机。
结果，单弦儿和他的小组成员们截获并破译了日本海军联合舰队司令长官山本大将从海上发往日本大本营海军部的一份密电：
“据报‘AF’缺乏淡水，攻击部队带足淡水。”
这样，‘AF方位’便证实为中途岛，也就是日本海军的下一个攻击目标。
由于要从JN-25得到情报非常费时，美国太平洋舰队司令海军上将切斯特·尼米兹到了最后一刻才掌握了可靠情报。他立即召回了在太平洋西南方的航空母舰企业号、大黄蜂号，以及因为参与珊瑚海海战而正在珍珠港进行重大维修的约克城号。任命雷蒙德·斯普鲁恩斯少将代替患病的哈尔西中将指挥第16特混编队。尼米兹准备以三艘约克城级航空母舰为主力，再加上约五十艘支持舰艇，埋伏在中途岛东北方向，攻击前往中途岛的日本舰队。
在珊瑚海海战受重伤的约克城号返回珍珠港时，她看上去需要进行几个月的重大维修工程。经过七十二小时不眠不休的抢修，她的飞行甲板已重新铺平，内部也装上新的钢条支撑架，舰载机组成新的舰载机队。尼米兹上将不惜一切地违反了许多海军条例，就为了达成让约克城号随行的目标。在约克城号入港的仅仅三天后，她奇迹般的随着美军舰队奔向中途岛，展开她的最后一次作战任务。
除了实体战力的筹组，在人员上尼米兹任命了雷蒙德·阿姆斯·斯普鲁恩斯少将代替当时因病而无法作战的威廉·哈尔西中将指挥第16特遣舰队。尼米兹以手头中可用的所有航空母舰为主力，再加上约五十艘支援舰艇，在中途岛东北方向等候伏击前往中途岛的日本舰队。中途岛上则有海军陆战队第六守备营约两千一百多人，以及海军航空站里含飞行员与辅助兵力在内约一千五百人。
与此同时，日本海军参加珊瑚海海战的航空母舰瑞鹤号在在特鲁克的基地等待一批新的舰载机；受伤的翔鹤号则在基地进行维修。如果日本海军没有大意地认为美军只会派遣两艘航母企业号及大黄蜂号迎击苍龙号，飞龙号，赤城号以及加贺号的话，那么中途岛海战，将可能会有迥然不同的结局。
由于日军错误低估了美军奇迹般的维修能力，日本海军自始至终都以为美军只有企业号及大黄蜂号两艘航母能投入战斗中。
凌晨，日本第一波攻击机群36架九七式舰上攻击机、36架九九式舰上轰炸机和36架零式战斗机开始从4艘航空母舰上同时起飞，108架舰载机在友永丈市海军大尉的率领下出发攻击中途岛。南云中将命令侦察机搜索东、南方向海域，第二波攻击飞机提到飞行甲板上，准备迎击美国舰队。但是重巡洋舰利根号的2架侦察机因为弹射器故障，起飞时间耽误了半个小时，筑摩号的1架侦察机引擎又发生故障中途返航，给日本舰队埋下祸根。
拂晓，中途岛派出的“卡塔林娜”式侦察机发回发现日军航空母舰的报道，斯普鲁恩斯少将立即做出反应，准备攻击日军航母。美国舰队因为已经破解了日本海军“JN-25”的通讯密码，而对敌人的计划了如指掌。
清晨，日本舰载机向中途岛发动了猛烈的攻击。驻扎在中途岛的美军战斗机也全部升空，迎击来犯的日本战机。美军的轰炸机，包括了B-17型轰炸机也向日本舰队发动还击。
7时整，友永丈市大尉率第一波攻击机群准备开始返航，并向南云中将发出了需要进行第二次攻击的电报。
7时06分，由战斗机、鱼雷机、俯冲轰炸机所组成的117架战机，从斯普鲁恩斯少将所率领的第16特混编队大黄蜂号及企业号升空，奔向200海里外的南云舰队。
7时10分，第一批从中途岛起飞的10架美军鱼雷轰炸机出现在南云舰队的上空。美军飞机排成单行，扑向日航空母舰。在日军战斗机的截杀和日舰猛烈的炮火下，很快就击落了7架。友永的报告和美机的攻击，使南云中将相信中途岛的防御力量还很强，于是决定把原来准备用于对付美舰的飞机改为对中途岛进行第二次轰炸。此时，他仍然没有发现美军舰队。
7时15分，南云下令赤城号和加贺号将在甲板上已经装好鱼雷的飞机送下机库，卸下鱼雷换装对地攻击的高爆炸弹。
7时30分，南云接到利根号推迟半小时起飞的一架侦察机发来的电报，距中途岛约240海里的海面发现10艘美国军舰。南云命该侦察机继续查明敌人舰队是否拥有航空母舰，同时命令暂停对鱼雷机的换弹。就在南云等待侦察机的侦察结果时，空中再次响起了警报。40余架从中途岛起飞的美军B-17轰炸机和俯冲轰炸机扑向南云的舰队。由于美军的轰炸机没有战斗机护航，结果很快的就被南云派出的零式战斗机击退。
8时15分，南云终于接到了侦察机传来的报告：美军舰队里确实有航母的存在。南云下令各舰停止装炸弹，飞机再次送回机库重新改装鱼雷，日本航空母舰的甲板上一片混乱，为了争取时间，卸下的炸弹，都堆放在甲板上。
8时30分，空袭中途岛的第一波攻击机群返航飞抵日本舰队的上空。还有那些保护航空母舰的战斗机也需要降落加油。南云处于进退维谷的境地。第二航空母舰战队司令山口海军少将向南云建议“立即命令攻击部队起飞”。第二批突击飞机换装鱼雷还没有完成，如果马上发动进攻，也没有战斗机护航。而且舰上的跑道被起飞的飞机占用，那么油箱空空的第一攻击波机群会掉进海里。南云决定把攻击时间推迟，首先收回空袭中途岛和拦截美军轰炸机的飞机，然后重新组织部队，以进攻美军特混舰队。