从双方的兵力对比来看，日本海军显然要强大太多，美国太平洋舰队总共才出动了3艘航母，而日本一共出动了8艘航母，2艘水上飞机母舰，美国方面没有战列舰，而日本一共出动了11艘战列舰。美国有7艘重巡，日本有13艘重巡，美国有17艘驱逐舰，日本有66艘驱逐舰，美国一艘轻巡，日本人有10艘轻巡，在力量对比上，日本人要比美国人强大太多了，即使这样，日本人在中途岛海战中还是惨败而归。
自从美国人得到了日本人的海军密电码系统jn-25之后，就一直用它来解读日本海军的电报，不过要从jn-25得到详细的信息非常耗时，直到最后一刻，尼米兹才得到准确情报。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、兰利号，就准备以这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。
6月4号凌晨时分，日本第一攻击波机群36架俯冲轰炸机、36架水平轰炸机和36架零式战斗机开始从4艘航空母舰上同时起飞，108架舰载机在永友文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，第二攻击波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（这架飞机本应该正好搜索美国特混舰队上空），给日本舰队埋下祸根。
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。拂晓时分，美军派出的侦察机发现了日军航母，并进行了汇报，美军少将斯普鲁恩斯少将立即做出反应，准备攻击日军航母。
清晨时分，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。
七点整，友永丈市大尉率第一攻击波机群准备开始返航，并向南云中将发出了需要进行第二次攻击的电报。过了六分钟，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。8时40分，15海里以外的新17特混编队兰利号起飞了35架战机。
首批从中途岛起飞的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。
南云忠一为了加强对中途岛的轰炸。命令将鱼雷机上的鱼雷卸下，换上了高爆航弹以支援进攻中途岛的机群。可是每过多久，他接到侦察机的报告，在距离中途岛240海里的海面发现了美军航母舰队，他当即命令停止将鱼雷换下，日军大意，没有将放在夹板上的高爆航弹搬走，而是留在了夹板上。
9点25分，从大黄蜂号上起飞的15架鱼雷轰炸机组成的编队发现了南云舰队。不幸的是，他们的燃油即将耗尽。而且没有战斗机护航。在自杀式攻击中。被零式战斗机和高射炮火全部击落，30名飞行员除1人生还外全部遇难。
又过了五分钟，从企业号、兰利号起飞的28架美军战机陆续尾随而来，向苍龙号和飞龙号展开攻击。然而在攻击南云舰队的时候遭到重创。损失了20架鱼雷轰炸机。美机所投鱼雷竟无一命中。
过了半个小时。兰利号第3俯冲轰炸机中队开始攻击飞龙号，尽管战果可观（损失1架，击落5架零战）。但是12架tbd中有10架被击落，剩下的最后也都在海上迫降了。射向飞龙号的5条鱼雷无一命中。
上午10点24分，企业号的33架“无畏”式俯冲轰炸机，分成2个中队分别攻击日军两艘航母（此时该几舰没有做好放飞攻击编队的准备），接踵而来的17架“无畏”式俯冲轰炸机则专门攻击苍龙号航空母舰。日军的3艘航空母舰刹那间变成了三团火球，堆放在甲板上的的飞机以及燃料和弹药引起大爆炸，火光直冲云霄，短短的5分钟，日本三艘航空母舰被彻底炸毁了。
如果不是日本人把高爆航弹堆积在三艘航母甲板上，在美军轰炸机轰炸时引起了殉爆，中途岛海战的结局绝对会发生改变，日本人真是太蠢了，慌乱中出现了致命的错误。
此时日军损失了三艘航母，南云忠一和幕僚转移到了长良号巡洋舰，开始集合残余的舰队。这期间美军兰利号航母中了三枚炸弹，但经过美军抢修后恢复了航行能力。
下午1点半钟，兰利号再次遭受从日军航母飞龙号起飞的16架飞机轰炸，这次兰利号没那么幸运，左侧被击中两枚鱼雷，美军被迫弃舰。
当天下午、晚上和6月5日凌晨，日军四艘航母全部先后沉没，此日，美军派出多波战机追击日军军舰，但均未发现山本五十六的主力舰队。
6月6日凌晨3点45分，日军两艘重巡洋舰最上号和三号在浓雾中转向时互撞，最上号重创，三隈号及另两艘驱逐舰留下护航。8点，中途岛起飞的12架陆战队轰炸机追击三隈号及最上号。三隈号遭到击沉，而重伤的最上号则最后逃过美军轰炸，返回特鲁克岛基地。美军接着试图追击早在数小时前沉没的飞龙号，不过只找到了谷风号驱逐舰。但是，双方并无任何战果。
6月7日下午1点，日军伊-168号潜艇发现了兰利号，随即发射4条鱼雷，2条命中兰利号，1条命中护航的哈曼号驱逐舰，哈曼号驱逐舰随即沉没兰利号一直飘浮到第二天中午才沉入海底。被攻击同时，美军其它6艘驱逐舰曾试图反击伊-168号，但伊-168号最终安全撤离，中途岛之战宣告结束。
中途岛海战改变了太平洋地区日美航空母舰实力对比。.knsｈｕ.c日军仅剩大型航空母舰2艘、轻型航空母舰4艘。从此，日本在太平洋战场开始丧失战略主动权，战局出现有利于盟军的转折。
日军之所以在中途岛海战失败，后世有人分析主要有几个原因，1是日本海军骄傲自大，狂妄轻敌。骄兵必败，这是日本海军在这次海战中的真实写照，也是日本海军在这次海战中失败的根本原因。2是情报战失败，3是犯了分散兵力的错误，无论如何，日本海军的整体作战力量比美国太平洋舰队要高出不止一筹，这从舰只数量上看得出来。4是作战观念落后，5是指挥错误，南云忠一的指挥就存在着很大的问题，6是科技差异的原因，日本在科学技术上落后于美国，一个明显的证明就是雷达技术的应用。当时美国舰队已经装备了雷达，在日本机群没有到来就发现并预先做好准备，而日本舰队没有装备雷达，所有警戒全靠目测，当美国俯冲轰炸机借云层的掩护攻击时，无法及时作出反应。
日军损失了四艘航母，但其他舰只得以保存，不过在现在已经是航空母舰称王的时代，损失四艘航母是任何一个国家都无法承受的损失，战列舰已经就要退出历史舞台，发挥不出什么作用了。(未完待续。。)
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