На острове находились армейские бомбардировщики В-26 и В-17, а также 27 пикирующих бомбардировщиков морской пехоты, 27 истребителей, 6 самолетов-торпедоносцев военно-морского флота и несколько старых самолетов типа «Каталина».
Авианосцы и самолеты, а также подводные лодки оперативных групп 7/1 и 7/2 составляли основные силы при обороне острова.
Японцы приближались к острову тремя группами. С северо-запада подходили ударные силы, которые должны были начать атаку. Они состояли из эскадренных миноносцев, крейсеров и двух линейных кораблей, поддерживавших четыре авианосца — «Акаги», «Kara», «Хирю» и «Сорю». Все четыре авианосца участвовали при штурме Пирл-Харбора. Главные силы состояли из семи линейных кораблей, а также крейсеров и эскадренных миноносцев под командованием адмирала Ямамото, находившегося на борту линейного корабля «Ямато». Главные силы должны были подойти с запада и занять позиции недалеко от острова, пока ударная группа нанесет первый удар с целью ослабления обороны на острове. После того как ударная группа нанесет удар, а главные силы еще более ослабят оборону противника на острове, должны были двинуться вперед десантные войска. Конвой из войсковых транспортов, грузовых судов с продуктами и боеприпасами и танкеров с горючим в охранении двух линейных кораблей, нескольких крейсеров и большого количества эскадренных миноносцев также приближался к острову. Японские подводные лодки были отправлены на разведку впереди своих сил с задачей вести наблюдение западнее Пирл-Харбора и перехватить американские силы, посланные на защиту Мидуэя.
Американские оборонительные силы подошли к острову раньше японских подводных лодок. О внезапности японского нападения уже не могло быть и речи, но 11 линейных кораблей противника, 4 авианосца, сопровождающие их дивизии крейсеров и эскадренных миноносцев, а также десантные корабли заставляли серьезно подумать об организации обороны. В районе Мидуэя не было ни одного американского линейного корабля. Ремонт авианосца «Йорктаун» был сделан наспех, а команда его все еще находилась под впечатлением боя в Коралловом море.
На рассвете 4 июня оперативные группы подводных лодок находились на своих позициях: группа 7/3 — в 300 милях севернее Оаху, группа 7/2 — между островами Оаху и Мидуэй и группа 7/1 прикрывала западные подступы к Мидуэю.
Ночью четыре самолета типа «Каталина», поднявшись с аэродрома Мидуэя, обнаружили главные силы противника. В это время в 200 милях северо-восточнее острова хорошо заметные на фоне голубого неба стояли американские авианосцы.
В 7 час. командир американской подводной лодки «Катлфиш» сообщил по радио, что в 600 милях от Мидуэя он обнаружил японский танкер, идущий курсом 260°. Командующий подводными силами Тихоокеанского флота приказал лодке начать преследование, но становилось светло, и боевые корабли противника заставили подводную лодку уйти под воду. Двигаясь в подводном положении, лодка из-за малой подводной скорости не могла снова установить контакт с танкером и вынуждена была отказаться от дальнейших поисков и преследования. В 9 час. все подводные лодки получили от самолетов-разведчиков сообщения о месте, курсе и скорости главных сил противника и приказ начать с ними сближение.
Вылетевшие с аэродрома Мидуэя самолеты обнаружили в 150 милях северо-западнее острова японские ударные силы. Японские бомбардировщики уже находились в воздухе. Эти данные были переданы на остров. Все самолеты, которые находились на острове, поднялись в воздух, получив приказ перехватить самолеты противника. Пятнадцать «летающих крепостей» шли бомбардировать японские авианосцы.
Одновременно подводные лодки, находившиеся в районе Мидуэя, получили приказ атаковать японские авианосцы. Только три лодки («Катлфиш», «Кашалот» и «Флаингфиш») должны были оставаться на своих позициях. Подводные лодки «Тамбор», «Траут», «Грэйлинг», «Наутилус», «Групер», «Долфин», «Гэтоу», «Гаджен» и «Гренадир» пошли навстречу противнику с максимальной скоростью.
Первыми вступили в бой самолеты, встретившись с японскими эскадрильями, приближавшимися к острову Мидуэй. Насчитывалось около ста пикирующих бомбардировщиков и самолетов-торпедоносцев противника; их эскортировало около 50 истребителей типа «Дзэро». Японские самолеты были встречены американскими в 30 милях от берега.
Летчики морской авиации атаковали противника и сбили несколько японских бомбардировщиков. Однако основная масса бомбардировщиков противника под прикрытием истребителей прорвалась к острову. Не разрушая полевые аэродромы, которые они надеялись позже использовать в своих интересах, японцы разбомбили силовую станцию, соседние здания и нефтебаки. Морская береговая авиация, в составе которой были самолеты, значительно уступавшие в скорости более быстроходным японским истребителям, не могла остановить воздушного наступления. В воздушном бою японцы сбили 15 самолетов морской авиации, семь машин было повреждено и совершило вынужденную посадку.
Далеко в море американские самолеты типа В-26 и морские самолеты-торпедоносцы атаковали японские авианосцы. Навстречу им поднялось в воздух большое количество истребителей «Дзэро». Американские самолеты, кроме трех, к целям допущены не были. Затем в район действий прибыло 27 пикирующих бомбардировщиков морской авиации и еще 15 «летающих крепостей». Двигаясь зигзагом и отстреливаясь из зенитных орудий, японские авианосцы уклонялись от атак, пока их истребители боролись >с атакующими самолетами. Восемь пикирующих бомбардировщиков морской авиации было сбито. Остальные самолеты, изрешеченные пулями, с трудом вернулись обратно на аэродром. Американские бомбардировщики сбросили все бомбы, но ни один японский авианосец не был поврежден.
Таким образом, японские силы следовали без потерь, в то время как Мидуэй подвергся бомбардировке и его сухопутная авиация была сильно потрепана.
Как раз в то время, когда сухопутные американские самолеты были отогнаны, японские самолеты-разведчики заметили на горизонте группу американских кораблей, в которую входили авианосцы «Энтерпрайз», «Хорнет» и «Йорктауш. Это известие японские силы получили в 9 час. Японская авианосная группа быстро повернула на северо-восток, чтобы встретить американские корабли. Японским бомбардировщикам, которые перезаряжались для нанесения удара по острову Мидуэй, было приказано заменить бомбы торпедами. Произошла задержка, которая очень помогла американцам.
Американские авианосцы двигались навстречу врагу, чтобы произвести атаку сразу же после первого сообщения об установлении контакта. Самолеты «Иорктауна» должны были находиться в резерве, в то время как самолеты авианосцев «Хорнет» и «Энтерпрайз» должны были подняться в воздух, как только корабли приблизятся на нужную дистанцию (с учетом радиуса действия самолетов). Когда японские ударные силы неожиданно изменили курс, эскадрильи с американских авианосцев были уже в воздухе. Они направились на место прежней позиции противника, но там ничего не обнаружили. Произошло замешательство. В результате того, что много времени ушло на поиски, у истребителей с авианосца «Хорнет» кончилось горючее, и они вынуждены были сесть в море, а бомбардировщики, у которых также горючее было на исходе, приземлились на острове. Бомбардировщики авианосца «Энтерпрайз» продолжали идти на запад. В это время эскадрилья истребителей, поднявшаяся с авианосца «Иорктаун», обнаружила японские авианосцы, о чем немедленно было сообщено разбросанным американским самолетам.
В 9 час. 20 мин. 8-я эскадрилья самолетов-торпедоносцев на основе данных поисковых групп атаковала японские ударные силы. Встреченные японскими истребителями и сильным зенитным огнем, самолеты-торпедоносцы не могли добиться успеха. Вся эскадрилья из 15 самолетов была уничтожена. В живых остался только один младший лейтенант Гей, которому удалось выбраться из своего тонувшего самолета и спастись на резиновом плоту. Этот летчик стал свидетелем происходящего сражения.
В 11 час. он увидел атаку эскадрильи самолетов-торпедоносцев с авианосца «Энтерпрайз», а немного позже — атаку самолетов с «Иорктауна». В японский авианосец «Kara» попало четыре бомбы. Объятый пламенем и дымом корабль остановился. (В авианосец «Акаги» попало две бомбы, в авианосец «Сорю» — три.)
Во второй половине дня 18 японских пикирующих бомбардировщиков, прикрываемые таким же количеством истребителей, атаковали «Иорктаун». Радарные установки авианосца своевременно обнаружили самолеты противника, и 12 американских истребителей поднялись в воздух, чтобы перехватить их. В результате воздушного боя более половины бомбардировщиков противника было уничтожено. Зенитная артиллерия авианосца вела заградительный огонь шрапнелью, уничтожая остатки японской эскадрильи. В конечном результате все 18 японских бомбардировщиков были сбиты.
