波装上鱼雷和穿甲弹，准备附近一旦发现美国舰队，立即实施攻击。美军也迅速发现了日本攻击机群，美军中途岛岸基飞机立即起飞向南云舰队逼近。但美机不是日本零式战斗机对手，纷纷被击落，轰炸机也在日战斗机和护卫航母的舰只高射火力网的两面夹击下损失惨重。第一个回合，日本人交了好运，不仅全歼美机，而且成功地轰炸中途岛上的美军基地，这段时间为6月4日清晨3点到7点。

    从7点开始，南云接到中途岛攻击机群的报告说，该岛还需进行第二次轰炸。南云只好命令航母甲板上的飞机卸下鱼雷和穿甲弹，这些是专门用于炸毁军舰的。现在只好改装轰炸基地用的燃烧弹和爆破弹，以继续对中途岛进行第二次打击，这就至少需要一个小时。7点28分，日本侦察机在离联合舰队200海里处发现10艘美国军舰，这消息对南云简直是个晴天霹雳，他要求侦察机迅速查明舰种，并停止正在进行的装弹运作。8点9分，侦察机报告美国军舰为5艘巡洋舰和5艘驱逐舰，南云松了一口气。8点20分，侦察机又报告说好像有一艘航空母舰。南云根据美国舰队的规模判断，对方至少有一艘航空母舰。

    这样，攻占中途岛已变得不太重要，首先要对付突然出现的美国舰队，因为日本方面在进攻中途岛时，获得情报说美国的两艘航空母舰还在南太平洋，没想到突然出现在附近。南云现在面临两难的选择：1.立即起飞航母“飞龙号”和“苍龙号”上的36架轰炸机，在没有战斗机掩护的情况下攻击对方航空母舰，但这样做，自己的轰炸机十有八九成为对方战斗机的活靶；2.收回已参加战斗和巡逻的所有战斗机和轰炸机，以足够的轰炸力和掩护力突击美国舰队，但这样做需要时间，整个舰队要在一段时间里处于无防卫能力的状况。第2舰队航空母舰舰队司令山口海军少将要求轰炸机紧急起飞，攻击对方舰队，但南云决定采取第二种做法。他一面令舰队向北撤退，一面命令“赤诚号”、“加贺号”上的轰炸机，再次改装穿甲弹和鱼雷。9点18分，第一攻击波和战斗巡逻机全部收回，在甲板上加油装弹，原先换下的燃烧弹和爆破弹来不及放回仓库，堆积在航母的甲板上。4艘航空母舰紧张地进行着攻击前的准备，只有少数战斗机在舰队上空巡逻，这时也是航空母舰最危险的时刻。

    6月4日凌晨52分，中途岛美军侦察机首次报告发现日本舰队，弗莱彻立即命令美国航空母舰编队向西急进，并指示，一经查明敌舰位置，立即予以攻击。斯普劳恩斯尽可能地缩小与日本舰队的距离，以便使对方处于自己鱼雷攻击机的作战半径170海里之内。7时许，在距离日舰队150海里处，“大黄蜂号”和“企业号”上的飞机在斯普劳恩斯的命令下，分成四组向日本舰队飞去。因为只发现两艘日本航母，弗莱彻没有动用航母“约克镇号”上的飞机。8点30分后，虽然没有得到进一步的消息，弗莱彻决定“约克镇号”上飞机一半出动。

    9点5分时，南云深感航母处于如此混乱状态下十分危险，令舰队90度转弯向左行驰，这样弗莱彻7点钟起飞的第一批飞机中，一部分轰炸机来到预计中与日舰队相遇的地点时，不见对方踪影，扑了个空。这些飞机一部分被迫降落在中途岛上，一部分因油料耗尽而坠入海中，南云舰队躲过了这次危险。9点25分到10点之间，美军第二批轰炸机在搜索中发现南云舰队，但在低空攻击时全被打落，南云又一次避免了灾难。他似乎感到胜利在望了。

    10点钟以后，情况发生了戏剧性变化，斯普劳恩斯“企业号”上第二批起飞的部分轰炸机，飞到预期海域没有发现日本舰队，轰炸机群指挥官麦克拉斯基，做出了一个重要决定，进行方型搜索，很快发现日本航母“赤诚号”和“加贺号”。与此同时，“约克镇”上起飞的轰炸机群也发现了日本航母