1867年，中途岛被美国占领，1903年起美国在岛上开始建立海军基地和海底电缆站。在第二次世界大战期间，是美军在中太平洋的重要海空基地。此处地势平坦，北部有一个港口。东岛约为沙岛的一半大小，呈三角形，建有飞机场。
美军把中途岛扩建为海军巡逻机的前进基地，在岛上修建了机场跑道。它对保卫珍珠港起着重要作用。如果作为前方空中观察基地的中途岛失守，美军就无法派遣侦察机进行远程搜索，不能掌握日军舰队动向。珍珠港如果无法固守，太平洋将会随之沦入日军之手，美国的西海岸也就门户大开了。
在中途岛西北240海里的水面上，南云忠一的部队终于等来了出击的时刻，此刻这里是一派杀气腾腾的景象。
★日军战机攻击中途岛
6月4日4时整，日舰“赤城”号的喇叭声中传出“全体飞行员，集合！”的命令。飞行员们迅速挤进情况室，听取最后的指令。几分钟后，飞行员听完情况介绍，跑上甲板，奔向等候在那里的飞机。
青木舰长将航空母舰转向逆风，将航速增至10.2海里。随后，航空母舰上的探照灯光把整个飞行甲板照得清清楚楚，在一片明亮中，飞机的排气管里正开始喷出灰白色的燃气，它们的引擎发动了。这时，参加过珍珠港作战的千早猛彦海军上尉走到渊田面前，与他告别，渊田祝千早猛彦马到成功。
只听一名传令兵高声报告说：“各机准备完毕！”青木立即下令起飞。
4时30分，第一架“零”式战斗机在一片欢呼声中腾空而起，人们狂热地挥动着手臂为之送行。随后，又有8架“零”式机升空，接着起飞的是俯冲轰炸机。
在距“赤城”号左舷大约4000米处，“飞龙”号的飞机也正在起飞。渊田所梦寐以求的领队任务，落在了“飞龙”号飞行队长友永丈市海军上尉的肩上。
友永是在“飞龙”号即将从日本出发时才到舰上来的，在太平洋海战中他还没有显露过身手。友永率领的机群，除了“赤城”号起飞的飞机外，还有“飞龙”号和“苍龙”号的36架水平轰炸机。
由“加贺”号上的小川正一海军上尉率领的36架俯冲轰炸机从友永身后左侧上来了。小川参加过“加贺”号的包括袭击珍珠港在内的所有战斗，在日本海军中以技术娴熟、作战勇敢而著称。
每艘航空母舰派出9架“零”式战斗机，担任护航任务，它们统一由“苍龙”号的菅波正治海军上尉率领。
在舰员们雷鸣般的狂呼声中，攻击中途岛的108架飞机从4艘航空母舰上陆续起飞。4时45分，机群编队完毕后绕舰队飞行一周，然后向东南天际飞去。
中途岛的美军虽然知道日军将在6月4日发动进攻，但却弄不清楚日军究竟会在4日的什么时刻进攻，使用多大兵力进攻。因此，从3日夜间，中途岛就开始焦虑不安地观察着，等待着。
为及时发现来袭的日军机群，中途岛指挥官派出了两个各由6架战斗机组成的分队，掩护11架“卡塔利娜”式飞机在空中巡逻。在岛上，香农的第6陆战守备营的高射炮兵已经全部进入战斗岗位。码头上停泊的8艘鱼雷艇随时准备去营救幸存者，并做好了用机枪射击来犯敌机的准备。4架陆军B-26型轰炸机和VT-8分遣队的6架海军TBF鱼雷机正在等待战斗的召唤。VMSB-241中队的11架“复仇者”式机以及16架“破坏者”式机也在待命出击。
美国决策者们确定了一个很不错的作战方案，这一中途岛防御作战方案有以下3个要点：
1.一旦沙岛和东岛的雷达站报告敌机接近，他们就让机场上能起飞的飞机全部升空，以防止日军将他们的飞机击毁在机场上。
2.在雷达站报告说敌人逼近时，他们将通过无线电指挥VMF-221中队不等敌机飞临该岛上空就进行拦截。
3.VMSB-241中队将在距东岛20海里90度方位处集结待命，随时寻歼敌航空母舰或跟踪袭击返航的日机。
5时20分，美军飞机发来报告称“发现一架来历不明的飞机”。这份报告并没有引起人们的注意，中途岛仍然沉浸在令人不安的寂静中。但仅仅10分钟后，另一份电报令中途岛立即行动起来了。这份电报的内容就是：“发现一艘日军航空母舰！方位320度，距离180海里。”
侦察机待机室传出所有侦察机立即发动的命令，战斗警报和作战命令在最短的时间内下达到了陆军、海军和陆战队的各航空人员，第6守备营也下令其高射炮群“向所有判明为非我方的飞机开火”。
5时45分，被尼米兹称为“此次战斗中最重要的敌情”被美军发现了。进行侦察飞行的美国观察员突然发现两批拥有45架飞机的日本机群正在向他们逼近。这两名侦察员没有加密，直接用明语报告了敌情：“很多飞机正飞向中途岛，方位320度，距离150海里。”因为他们清醒的意识到，在这个时候争速度抢时间比保密更为重要。
5时52分，美国飞机再次发来报告，发现“两艘航空母舰及主力舰只，以航空母舰为先导，航向135度，航速35节。”1分钟后，沙岛的雷达站也发来报告：“敌机数架，距离93海里，310度，高度1.1万英尺。”几分钟后，沙岛雷达站又报告说：“敌机不是数架，而是许多架！”
刹那间，中途岛响起了一片空袭警报声，待命中的各种战斗机相继升空。中途岛接到报告后，用电报向珍珠港作了转达，现在，太平洋舰队司令部可以在作战地图上确定主要目标的位置，满面笑容的尼米兹向莱顿海军中校表示祝贺：“好，你的估计只差5英里。”
帕克斯的第1分队旋即升空，柯廷的第4分队紧接着起飞。接着，凯里率领“野猫”式机起飞。马里恩·E·卡尔上尉及其僚机克莱顿·M·坎菲尔德少尉也随后起飞。与此同时，阿米斯特德已率领本分队6架“水牛”式机升空，盘旋待命。
这时，雷达荧光屏上已经很清楚地显示出日本机群的情况。日本飞机飞得很高，成一个批次直逼中途岛而来。中途岛命令阿米斯特德和亨尼西转向320度，让他们助同伴一臂之力。
凯里的3架“野猫”式最先与来犯日机遭遇。凯里飞得较高，目光敏锐的他首先发现了敌人。6时12分，凯里在1.2万英尺高空发现了轰炸机。这批日机可能是“飞龙”号和“苍龙”号的高空轰炸机。当初从母舰上起飞时共18架，但其中一架因发动机出了故障，中途被迫返航。
日本的战斗机并没有飞在机群前为轰炸机开路，而是飞得比轰炸机稍后略偏高。这就使凯里得以迅速向日军轰炸机发起攻击，而且不至于被“零”式机追上。
凯里驾着“野猫”式战斗机向日军飞机冲了过去，他很快瞄准一架领队机并将其击落。但当他再次准备发动进攻向敌飞机编队的后部飞去时，他的飞机被一架敌轰炸机尾部机枪击中，钢铁碎片飞进了他的双腿。
坎菲尔德一路随着凯里，当他甩掉敌军战斗机后追上了正在歪歪扭扭地向中途岛方向飞行的凯里。因为凯里双腿负伤，无法正常踩方向舵。坎菲尔德担负起领航的责任，他引导坎菲尔德一路借助云层的掩护返航。
坎菲尔德率首先降落，他刚好在日本人空袭前跳进了掩体。凯里紧跟着降落，但他的飞机滑出了跑道撞进一个飞机掩体。有两个人跳上去，把他从飞机里拉出来，拖到掩体后面。他们刚躲到掩体后不久，日军的炸弹就落了下来。
这个时候，卡尔正在向敌机群开火。卡尔爬升到2万英尺的高度后，向中途岛的上空飞去。接近中途岛时，他发现距基地大约2海里处有3架日本“零”式机正在低空盘旋，立即全速朝这几架飞机冲去。卡尔进入其中一架敌机的盘旋轨道，从后面将其击落。另外两架“零”式机很快向卡尔扑上来，卡尔遁入云层躲避。其中一架日机停止了追击，另一架继续逼进，并不断向他射击。
卡尔见“零”式机高速追上来，他突然把“野猫”式飞机的速度放慢，进入滑行。因为“零”式机的速度极快，所以一下子就窜到了他的前面。当敌机从卡尔身边飞过时，卡尔连连射击，一举将那架飞机击落。
帕克斯率领的第1分队升空后，发现两支呈“V”形编队的日本轰炸机分队，每个分队有9架飞机。这些飞机是阿部平次郎海军上校率领的“苍龙”号的水平轰炸机。帕克斯的5架“水牛”式战斗机从上方接敌。但是很遗憾，第1分队在击落一架日机后，所有的飞机都被日军击落。
柯廷第4分队中的驾驶员达雷尔·欧文目睹了第1分队英勇战斗场面，突然他被一架“零”式机从身后咬住。欧文想逃脱，但却被日机死死盯住。欧文飞机的左副翼首先被日机打掉了一大块，欧文见已无法操纵飞机作战了，就急速向中途岛飞去。
此时，又飞来一架日机。两架日机频频向欧文发起攻击。日本飞行员每次都打中了欧文的飞机。欧文被这两架日机咬得很紧，无法回身反击，他只想尽快把它们甩掉，或者把它们诱入美军的对空火力网。两架日机在后边紧追，欧文把脑袋缩进座舱里，冒着敌机的俯冲轰炸，于6时50分在中途岛降落。
亨尼西率领第2分队的6架战斗机升空后不久，就发现了日军的飞机编队。亨尼西指挥着6架战斗机，迅速冲向敌编队。菲利普·R·怀特上尉首先甩掉了紧跟自己身后的一架日本“零”式机。然后，他很快找到了一架正飞离该空域的敌机并将其送入了大海。
打掉敌机后，怀特打算再次爬高寻找战机。此时，一架轰炸机在云层中时隐时现。怀特立即将自己这架老掉牙的“水牛”的马力开到最大，向那架飞机追去。怀特悄悄接近那架飞机直到很近的距离，那架飞机还没有发现。怀特射出了一长串子弹打坏了敌机的发动机，那架轰炸机的速度顿时大减。
但遗憾的是，怀特的弹药已耗尽，无法收拾这个囊中之物了。怀特击中的这架日机，正是日军飞行队长友永驾驶的。友永飞机中弹的时间是6时55分。中弹后，友永立即命令各中队独立作战，并向南云报告说：“我被击中，已命令各中队独立作战。”
怀特匆匆返回中途岛，补充弹药后再度起飞。但他还没有来得及再次打击来犯敌机，就收到了关于全部返航的命令。在第2分队中，生还的只有怀特和赫伯特·T·梅里尔上尉。
怀特目睹了许多战友的牺牲，因而对“水牛”式飞机的性能极为不满。他评价说：“F2A-3机根本不是战斗机，日本‘零’式战斗机可以绕着它转圈飞。我认为，指挥官在命令飞行员驾驶F2A-3升空时，就应当认为这名飞行员已经阵亡了。”
与第1、第2分队相比，阿米斯特德的第3分队运气还算不错。当听到凯里“发现目标”的呼叫后，阿米斯特德指挥他的6机编队立即爬升。他看到，日机在1.4万英尺的高度嗡嗡地向前飞，日机编队的位置在阿米斯特德右侧约2海里，距离中途岛约8海里。
阿米斯特德扑向日军轰炸机组成的“V”形编队时，有5架战斗机将其紧紧的跟进，另外还有1架“野猫”式机也跟了上来。这架“野猫”式飞机是由斯旺斯伯格驾驶的。阿米斯特德开火后，有两架日机起火。随后，3架日军战斗机成一路跟了上来。这些敌机爬升的角度很陡，速度很快。当离阿米斯特德最近的那架飞机处于他身后下方500英尺时，阿米斯特德发现这3架飞机都是“零”式机。
阿米斯特德猛的急转弯，可是已经晚了，他的“水牛”式机已中了许多日机发射的子弹，其中左副翼上中弹尤为严重。阿米斯特德继续全速俯冲，但他的飞机由于副翼被打坏而进入了左转螺旋状态。他拼命设法使飞机摆脱螺旋，直到下降至500英尺的高度时，才恢复了水平飞行。阿米斯特德的飞机丧失了战斗力，他掉转方向飞回中途岛上空。
此时，中途岛正遭日机猛烈轰炸，因此他就在离岛约15海里的上空盘旋，一直盘旋到空袭结束才降落。
第3分队第2小队队长威廉·亨伯德上尉战斗过程中一直紧紧跟在阿米斯特德后面。在距离中途岛大约30-35海里处，他击落1架日军飞机。接着，他一个大转弯飞到日机编队的另一侧，希望能再击落1架敌机，但他被两架日本“零”式机紧逼。他脱离一架后，另一架“零”式机却紧追不放，亨伯德保持全速直到飞出相当远的距离才摆脱敌机。
摆脱敌机之后，他突然杀了一个回马枪，从后面将1架日机点射进了大海。此刻，亨伯德离开最初与日本人遭遇的地点大约有40海里。当他重新爬升到1万英尺的高度时，发现油料和弹药量都降到了危险点，于是电告中途岛请求降落。
这时，日机对机场的轰炸已经结束，他收到了同意他降落的答复。当到达机场时，他飞机的液压剂已点滴无存，减速板和起落架都无法放下，所以只好靠应急系统迫降。还好，他最后安全着陆。