7点45分，南云下令暂停对鱼雷机的换弹，他需要重新估计一下形势。但是日本人还来不及做出新的决定，美国飞机的第二次袭击又开始了。来的是中途岛的后续轰炸机。领头的是16架“无畏”式俯冲轰炸机。它们没有战斗机的护航，当然不是日本“零”式战斗机的对手，还没有靠近敌人的航空母舰，就被击落了一半；其余的也被驱散，接踵而至的，是15架时速475公里的B-17“空中堡垒”轰炸机。它们从6，000米高空朝海面星罗棋布的日本舰队水平投弹。可惜由于瞄准精度太低，一颗也没有命中。接下来的11架“守护者”俯冲轰炸机，也没有战斗机的护航，在敌人的防空炮火和战斗机的阻击下，未能突破敌舰防线。
中途岛美机对南云舰队的这两次攻击，虽然都未成功，却打乱了日本人的作战计划。美军多机型的轮番进攻，先是鱼雷机，再是俯冲轰炸机，还有高空重型轰炸机，虽然未给日本舰队造成损害，却给南云很大的压力，使他感到中途岛基地的厉害。同时，就在美机第二次袭击的高潮中，8点零9分，南云受到了“利根”号派出的侦察机发出的令人宽慰的消息：“10艘美国军舰乃是5艘巡洋舰和5艘驱逐舰。”
没有航空母舰的美国舰队是构成不了危险的。于是，南云下令继续准备攻击中途岛的陆地目标。甲板上再次陷入一片混乱：飞机继续卸下鱼雷，换挂普通炸弹。但是10分钟后，大约8点20分，南云收到了另一个危险的消息，“利根”号派出的侦察机用无线电报告：“发现敌舰队，后方似乎随有航空母舰。”舰队的参谋们不相信。因为附近如果真有美国的航空母舰，他们早该发动进攻了。
但是草鹿少将相信这个报告，南云也相信。这位日本海军中将根据经验判断：具有这样规模的敌人舰队，至少会有一艘航空母舰。
他下令立即停止往飞机挂炸弹，相反，要马上发起对美国舰队的攻击。面对敌方航母的威胁，日本人只得把中途岛暂时丢开了。换挂鱼雷的紧急命令，使日本航空母舰的甲板上更加混乱。为了争取时间，卸下的炸弹，都堆放在甲板上。
8点30分，袭击中途岛返回的友永机群，已飞抵日本舰队的上空。现在，南云处于进退维谷的困境。这正是所有航空母舰司令官们最害怕发生的事情：他派往中途岛的第一批突击飞机，已经返航，需要立即让他们在母舰上降落；第二批突击飞机还未能起飞；还有那些保护航空母舰的“零”式战斗机，燃料快要用完了，也要降落加油。
到底怎么办呢？草鹿少将心想，如果马上发动进攻，舰上的跑道被起飞的飞机占用，那么油箱空空的友永机群，就无法返回母舰，日本海军就将白白损失几十名最优秀的飞行员。他征求渊田中佐的意见。渊田焦虑地望着友永的机群在母舰匕空盘旋，许多飞机的油箱中只剩下最后几滴燃料了，而那些飞行员许多都同他有私交。“我看，我们的飞机得首先降落加油。”渊田说。
于是停在“赤城”和“加贺”两艘航空母舰甲板上的飞机再次入库，给急待补充油料的“零”式战斗机和从中途岛归来的精疲力竭的袭击者腾出地方。这一大批飞机，一架接一架着舰，总共花了40分钟的时间。当最后一架飞机的轮子触到甲板时，已经是上午9点18分了。这时，南云中将命令突击舰队把时速增至30海里，把前进方向从东南改为东北，暂时避开美军舰队所在的方向。他要等舰上的飞机重新装备好，再用他那庞大的海空力量，给美国的航空母舰以致命的打击。
当日本人避开美国舰队的方向，在自己的航空母舰上埋头为进攻飞机作准备的时候，美国飞机还是找到头上来了。
9点25分，从美国“大黄蜂”号起飞的15架“毁灭者”鱼雷攻击机，低低掠过海面朝“加贺”号右舷飞来。
他们经过2小时又20分钟的远程飞行，已经相当疲劳了。更糟的是，为他们护航的10架“野猫”战斗机，此刻也同他们失散了。“野猫”为了占据对“零”式战斗机的有利高度，一直在高空云上飞行。当云层下的鱼雷机发现敌舰队的时候，不得不在没有战斗机护航的情况下投入进攻。
几十架“零”式战斗机向他们扑来，20毫米的机炮喷出猛烈的炮弹，这些老式的鱼雷机毫无还手之力。当空中15个黑点中的最后一个化为一阵轻烟消失时，在舰上观战的日本水兵欣喜若狂，狂叫喝彩。
然而喝彩声未绝，在舰队边缘警戒的驱逐舰就接连发出紧急警报：“敌鱼雷攻击机正从低空飞向右舷！”“敌鱼雷机逼近右舷！”
这时是上午9点40分，从美国“企业”号上起飞的14架“毁灭者”鱼雷攻击机，也抵达了日本舰队上空。他们同样与自己的护航战斗机失散了。
尽管如此，他们还是奋不顾身地向“加贺”号航空母舰发动攻击。发出的鱼雷，几次险些命中目标，但是在猛烈的防空炮火和敌人的战斗机的阻击下，进攻又一次失败了。只有4架“毁灭者”死里逃生，返回了中途岛。
没让日本人喘口气，上午10时整，南云舰队遭到了美国舰载鱼雷机的第三次攻击。这次是来自“约克城”号航空母舰上的12架“毁灭者”鱼雷机，有6架“野猫”战斗机护航。
当他们逼近“苍龙”号航空母舰时，数量远比“野猫”多的“零”式战斗机，已经把美国的护航机团团围住。
失去护航的美国鱼雷机，对“苍龙”号的攻击，也未能取得战果。最后只有2架美国攻击机，逃脱了被击落的命运，其他美国飞机，全部丧身海底。
这样，从3艘美国航空母舰上派出的41架鱼雷攻击机，损失了35架，只有6架勉强返航。
空门大开
6月4日从黎明到此时，日本人的运气似乎好得不得了。美国近百架轰炸机和鱼雷机发动的5、6个批次的轮番空袭，竟然全部落空，未伤及日舰一根毫毛，而自己却落得个大败而归。
上午10点24分，南云舰载飞机的全部出击准备已经完成，第一架护航战斗机已经滑出甲板起飞。南云突击舰队的飞机就要实现对美国航空母舰的毁灭性打击了。
差不多就在这同一时刻，32架从“企业”号上起飞的美国海军“无畏”式俯冲轰炸机，由克拉伦斯·麦克拉斯基少校率领，已经飞临日本舰队上空。这批俯冲轰炸机是早晨7点多钟从“企业”号上起飞的，已经飞了近3个小时。由于南云的突击舰队一度改变航向，麦克拉斯基飞到预定的海域没有发现目标，就转而向中途岛飞去。可是到了中途岛也没有发现敌人，所以又朝北飞回来搜寻敌舰。
上午9点55分，他在高空发现了一艘掉队的日本驱逐舰激起的白色浪花。这艘驱逐舰正朝东北方向行驶。他判定这艘日舰可能是要追赶它的航空母舰编队，便悄悄地尾随着它。他跟在驱逐舰后面飞行了20分钟，什么也没有发现。这时他的机队的燃料已经减少到了危险的程度，再往前飞就回不去了。但是他们不甘心，仍然决定再往前飞一两分钟。这时是上午10点20分。
就在这时，麦克拉斯基少校和他的“无畏”式俯冲轰炸机的飞行员们从高空看到海面上的日本航空母舰，正在掉头转到迎风的方向，准备让舰上的飞机起飞。麦克拉斯基立即下达攻击敌舰的命令。他命令理查德·贝斯特上尉率领的中队去攻击南云中将的旗舰——“赤城”号航空母舰，威尔默·加拉赫上尉率领的中队，跟随他本人攻击“加贺”号航空母舰。一声令下，早就渴望为珍珠港报仇的美国飞行员们个个奋勇争先，往日本舰队俯冲下去。
“俯冲轰炸机！俯冲轰炸机！”一名日本军舰上的防空哨兵尖叫起来。
他发现了美国的“无畏”式俯冲轰炸机的前锋正从云端飞来。
对于任何一个俯冲轰炸机的飞行员来说，这都是一幅蔚为壮观的景象：在洋面上阵容庞大的战舰，组成一个巨大的环形队列，在这护卫圈的当中，是4艘大型航空母舰。更妙的是，在舰队的上方和周围，连日本护航飞机的影子都没有，所有的飞机都排列在航空母舰的甲板上，似乎对它们的危险处境一无所知。
俯冲下去的加拉赫上尉，瞄准了画在“加贺”号航空母舰飞行甲板上的太阳旗，投下第一颗炸弹，然后急剧拉起飞机。他目不转睛地盯着他投下的炸弹，终于看到它在“加贺”号的飞行甲板的后部炸开了。接着，又有3颗炸弹飞往这艘航空母舰，在飞行甲板的前中后部分别炸开。飞行甲板上那些排得整整齐齐等待起飞的飞机，以及上面日本海军航空兵优秀飞行员们，刹那间全部被漫天大火所吞没。
“加贺”号这艘巨舰，在几分钟内就被彻底摧毁了。
“加贺”号航空母舰的命运，把在“赤城”号上目睹这一切的草鹿少将惊得呆若木鸡。他没有注意到俯冲轰炸机也在向他这艘母舰扑来。突然，一道明亮夺目的爆炸闪光，照得“赤城”号航空母舰舰桥上的日本军官眼花缭乱。一支往上高窜的火柱将他们掀翻在地。几乎同时，舰上火焰乱窜，浓烟四起。俯冲轰炸机投下一枚接一枚炸弹，穿透“赤城”的飞行甲板，在舰体深处爆炸。舰上飞机及其炸弹和鱼雷，接二连三连锁爆炸。大火蔓延到胡乱堆放在甲板上的燃料和弹药，再度引起大爆炸，把飞行甲板大块大块炸飞到空中。舰桥像在暴风雨中的树梢那样猛烈摇晃。
几秒钟内，炽烈的大火从舱内腾起，四下蔓延，吞没了飞行甲板上的飞机。船尾的舵机也失灵了。这艘几分钟前还威风凛凛的大型航空母舰，如今在大海上绝望地颠簸摇晃，把燃烧着的飞机从甲板上抛进沸腾的大海。
火舌已经舔着舰桥上的玻璃窗。草鹿朝南云喊道：“咱们得撤离啦！”
但是南云拒绝离开。
燃烧着的成千加仑汽油流向下层甲板，放在机库内的鱼雷也开始爆炸了。一团团火球从舰身两侧喷射出来。南云仍然不肯离开舰桥。
草鹿耐心地继续恳求说：“长官，我们大部分军舰完好无损，您务必指挥部队。”草鹿主张立即把司令旗移到“长良”号。
青木舰长也含着眼泪说：“长官，有我照管军舰。我们大家都恳求您把司令旗移到‘长良’号，继续指挥部队。”
南云和他的幕僚们最终转移到了“长良”号上。
短短的6分钟内，“赤城”号被彻底炸毁了。
当然，美国飞机也有损失：攻击“加贺”和“赤城”的32架俯冲轰炸机，被日本舰队的防空炮火击落了14架。
就在麦克拉斯基少校率队向南云舰队发动进攻时，从“约克城”号航空母舰上起飞的17架俯冲轰炸机，由马克斯韦尔·莱斯利少校率领，正飞行在距离日本舰队东南方约10公里。
莱斯利看见天际黑烟冲天，便朝西北方向飞去。透过云层，他瞥见了“飞龙”和“苍龙”号两艘航空母舰，立即下令全队进攻，从4，500米的高空向“苍龙”号猛冲下去。一颗450公斤的炸弹首先击中“苍龙”号的飞行甲板，几分钟内，又有两颗炸弹命中，“苍龙”号很快就被大火吞没了。它成了一座爆炸燃烧的地狱。 最后，“苍龙”号航母的舰长柳本柳作大佐不得不下令弃舰。美国飞机的袭击于10点30分结束。
前后短短的8分钟，日本三艘大型航空母舰都没有逃脱覆灭的命运。几分钟前它们还是那么威风凛凛，转瞬间就变成了烈火熊熊的庞大残骸。随后的一天里，它们一一沉入波光粼粼的太平洋。
南云突击舰队现在只剩下“飞龙”号一艘航空母舰了。日本反击的最后希望，寄托在该舰舰长山口多闻少将身上。舰上飞行员听到舰长的训示时，不禁大吃一惊。山口舰长告诉他们说：“你们已是突击舰队的最后一批飞行员了。”
这些飞行员们很难相信，几分钟之前，他们对美国舰队的寻歼，还是胜券在握；可是转眼之间，却变成要同优势之敌决一死战，为已遭覆灭的三艘姊妹舰报仇。
上午10点40分，18架“九九”式俯冲轰炸机，在6架“零”式战斗机的护航下，从“飞龙”号航空母舰上起飞，前去搜索攻击美国航空母舰。单靠他们自己本来是找不到的，莱斯利少校率领的返航机群成了他们的向导。这些轰炸机无意中把敌机带回了弗莱彻将军的旗舰——“约克城”号航空母舰。在高空盘旋的12架“野猫“式战斗机，居高临下，冲入日本机群进行阻击，一举击落敌机6架。其余的日本轰炸机迅速向下低飞，进行俯冲轰炸。虽然有更多的敌机被炮火击毁，但还是有3颗炸弹命中“约克城”号。炸弹在巨舰体内爆炸，美军人员死伤无数。当日本飞机消失之后，洋面上一片沉寂，留下13架“九九”式轰炸机和3架“零”式战斗机的残骸。返航的日本机群立即向山口少将报告：命中“约克城”号，敌航空母舰爆炸起火。
靠着“约克城”号航空母舰上全体人员的奋力抢救，舰上的火势被扑灭，母舰不仅能低速航行，而且飞行甲板上的飞机还能继续起飞。可是好景不长，不久又有10架日本“九七”式鱼雷攻击机在6架“零”式战斗机的护航下，掠海飞来。这是从“飞龙”号上起飞的第二批突击机群。他们把已经不再冒烟的“约克城”号当作了美军另外的航空母舰，对它再度发起攻击。日本飞机发射的鱼雷，击中了这艘大型航空母舰的右舷和中部，破坏了舰上的全部动力、照明和通讯设备。
“约克城”号剧烈地向左侧倾斜摇晃，听任风浪的摆布。舰长伊利奥特·巴克马斯特上校尽可能地坚持，最后还是发出弃舰的命令。这样，美国方面只剩下斯普鲁恩斯少将指挥的两艘航空母舰了。此后，受伤的“约克城”号依然在海上漂浮，由一艘扫雷舰拖向珍珠港。
6月6日清晨，日本I-168号潜艇发现了受伤的“约克城”号，偷偷地向它发射了两颗鱼雷，还向为它护航的驱逐舰“哈曼”号发射了一颗鱼雷。驱逐舰当即被击沉，舰上241名官兵，有1／3丧身大海。航空母舰虽中了鱼雷却还在坚持。直到6月7日早晨，它的舰身突然倾侧翻转，在起伏的波浪中坠入海底。
美国人决心为“约克城”号报仇。
6月4日下午2点45分，一架美国侦察机发现，一支日本舰队正在西面行进。它们包括：2艘战列舰，3艘巡洋舰，4艘驱逐舰以及由这些战舰护卫着的“飞龙”号航空母舰。这一消息通过无线电传到“企业”号航空母舰之后，斯普鲁恩斯将军便集结起所有还能作战的飞机。24架“无畏”式俯冲轰炸机轰鸣着飞离“企业”号的甲板，向“飞龙”号奔袭而去。
下午5时，日军舰队嘹望哨惊呼：“敌人俯冲轰炸机！”
在已成惊弓之鸟的“飞龙”号上，水兵们看见在西南方，从夕阳映照的天际，窜出一长串飞机，宛如一条长蛇。这可怕的情景，使他们个个胆战心惊。