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新远
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中途島海戰是第一次以航空母艦進行艦隊決戰，從而宣佈主力艦是最後決定勝負的時代結束，航空母艦成為海洋上的主宰。
第二次世界大戰期間,美﹑日海軍在中途島附近海域進行的戰役規模的海戰。日本企圖奪取中途島作為前進基地,將海上防線推進到中太平洋,迫使美軍退守夏威夷及美國西海岸,以保障日本本土和日軍南進翼側的安全,并誘殲美太平洋艦隊,決心於1942年6月發起對中途島的進攻。日本的進攻部隊由航空母艦8艘(艦載機400多架)和戰列艦﹑巡洋艦﹑驅逐艦﹑潛艇等戰鬥艦艇共120多艘組成,由聯合艦隊總司令海軍上將山本五十六指揮。以海軍中將南雲忠一率領的由4艘航空母艦組成的第1機動部隊(艦載機260多架,其他戰鬥艦艇17艘)襲擊中途島,支援登陸部隊登陸;以海軍中將近籐信竹率領的登陸編隊入侵中途島 ;山本五十六親率主隊位於南雲部隊之後600海里跟進;同時,以一部分兵力進攻阿留申群島以鉗制美軍。
各部隊分別於5月25～28日由本土向戰區航渡。美國破譯了日本海軍的無線電報密碼,掌握了日本的企圖。太平洋戰區總司令海軍上將C W 尼米茲迅速調集3艘航空母艦(艦載機230多架),組成航空母艦編隊群(含其他戰鬥艦艇40多艘),由他直接指揮,預先進駐中途島東北約200海里海域展開,隱蔽待機。同時,美軍還加強了中途島的防禦。 6月4日凌晨(當地時間),日軍第1機動部隊前進至中途島西北240海里海域。4時30分,派出第1波飛機108架攻擊中途島。此時,美國航空母艦編隊群立即向日第1機動部隊接近,當接近至距離150海里時,於7時02分開始接連派出第1﹑第2波飛機200多架,乘日航空母艦編隊群接受第1波攻擊中途島飛機返艦﹑第2波飛機卸下炸彈﹑再掛魚雷的混亂時機,對日各航空母艦實施連續攻擊,日方雖有一部分戰鬥機升空迎戰,但已無濟於事。
戰鬥結果:日軍第1機動部隊的4艘航空母艦(“赤城”﹑“加賀”﹑“蒼龍”﹑“飛龍”)被擊沉;美航空母艦“約克鎮”Yorktown號幾乎被擊沉。日本進攻中途島的企圖被打破。在太平洋戰區,日本開始喪失戰略主動權,戰局出現有利於盟軍的轉折。
中途島會戰歷程:
中途島作戰效率被日本大本營命名為"米"號作戰，聯合艦隊集中了所能調動的全部氣力，共計軍艦20餘艘，飛機700多架，其中包括主力艦11艘、航空母艦8艘。作戰計劃的目標是，攻取中途島和殲滅美國航空母艦，並同時佔領阿留申群島，以擴大防禦圈。當時美國在太平洋的艦隊只有3艘航空母艦，兵力遠遜於日本。然而出乎日軍意料的是，它的密碼早被美軍破譯。美國太平洋艦隊司令尼米茲上將在得到日軍行動的情報後，立即下令加強中途島的防禦，並把僅有的三艘航空母艦集中起來，派往中途島附近海域，巧妙地埋伏起來，待機突襲敵人。日軍對此卻一無所知。
作為中途島的先頭部隊，南雲機動艦隊，此時卻處於開戰以來最不佳的狀態。由於珊瑚海海戰一艘航空母艦受損，加上損失艦載機太多，有兩艘不能參戰。僅餘下四艘航空母艦。5月4日凌晨，南雲機動艦隊就在敵情不明的情況下，發動了對中途島的空襲。當第一批日機升空後，第二批日機提昇到甲板上準備用來打擊美國航空母艦。但當第一批日機空襲中途島收獲不大，而從中途島起飛的美機對日本艦隊進行了空襲，這些美機雖未能擊沉日艦，卻影響了戰爭的進情。南雲突然決定將準備對付美國航空母艦的第二批飛機空襲中途島，以解除美機的威脅。這樣就需要將第二批飛機上對付軍艦的魚雷卸下來裝上炸彈，正當更改裝卸工作即將完成的時候，突然收到發現美國航空母艦的警報。南雲下令再次將第二批飛機的炸彈卸下裝回魚雷。這一炸彈換魚雷，魚雷換炸彈的鬧劇貽誤了飛機，此時第二批飛機尚未升空，第一批飛機已油盡返航。為了收回第一批飛機，清理甲板，第二批飛機又被送回機庫。等到第一批飛機收回，第二批飛機再次升上甲板，裝彈待發之際，從航空母艦上起飛的美國飛機突然出現在日艦上空。美機對日艦進行了攻擊，結果日本三艘航空母艦被擊沉。幾小時後，僅剩下的一艘航空母艦"飛龍"號起飛的飛機擊毀了美國的航空母艦"約克鎮"號Yorktown，而美國航空母艦起飛的飛機又炸沉了"飛龍"號。至此南雲艦隊的四艘大型航空母艦，連同數百架艦載飛機全部沉沒，隨之而去的還有偷襲珍珠港以來屢建奇功的日本海軍航空兵的精華。
遠在幾百海里之外率領主力艦隊前進的聯合艦隊司令官山本五十六在得知這一消息之後，大吃一驚。由於失去了空中掩護，怕遭更大的損失，山本五十六下令撤退，取消進攻中途島的作戰計劃，規模空前的中途島海空大戰，以日軍慘敗而告終。
海軍的作戰史上，中途島海戰是第一次以航空母艦進行艦隊決戰，從而宣佈主力艦是最後決定勝負的時代結束，航空母艦成為海洋上的主宰。 此戰役中日軍損失空母赤城,加賀,飛龍和蒼龍, 和一艘重巡洋艦，250多架飛機，士兵陣亡共2千餘人。
關於中途島之役, 日軍在戰術上, 的確犯了幾個關鍵性錯誤. 個人以為, 山本整個作戰計劃過於複雜細密, 缺乏彈性, 乃是第一個錯誤. 一旦某個環節出錯, 亦或敵人反應模式不如預期, 將無以為繼. 其次, 山本放棄直接指揮航艦艦隊, 而交給較不熟悉航艦作戰的南雲中將, 乃是第二個錯誤. 再其次, 為了避免意外, 而將日本國民心理上的鎮國之寶, 戰艦群, 遠遠地擺在後方, 準備在佔領中途島後才投入第二階段作戰 ( 亦即殲滅美軍航艦 ), 乃是第三個錯誤. 再者, 對於美軍 "缺乏淡水' 欺敵作戰缺乏警覺性, 則暴露出日軍對於通訊保密的長期疏忽, 這是第四個錯誤. 至於取消 K 計劃, 則是影響深遠的第五個錯誤. 這項決定, 使得南雲缺乏適當的美軍動向情報, 成為同時追逐兩隻兔子 ( 中途島, 和美軍艦隊 ) 的獵人, 因而進退失據, 顧此失彼, 兩度下令換彈, 終於釀成日本海軍的悲劇. 最後, 日軍四艘航艦統一作業, 缺乏責任分工, 乃是第六個戰術錯誤. 如果一開始就能分配一兩艘航艦, 專責待命攻擊美軍航艦, 戰役結果必然大不相同。
此外, 還有一項深層因素. 日軍艦艇自日俄戰爭以來, 普遍過度武裝, 和英美等國同噸位艦艇相較下, 火砲口徑及數量都要來得大和多; 排水量都用在這方面, 所犧牲的即為裝甲的厚度. 而損失管制作業的不確實, 更使得情況雪上加霜. 以參戰的四艘主力航艦而言, 竟然沒有一艘航艦的飛行甲板是防彈鋼板! 自然一炸就爆, 一爆就燒, 一燒就沉。
「中途島」戰役的感想
中途島之戰是人類有史以來(至現在仍是)最大規模的海戰，日本、美國為爭奪太平洋制海權，雙方派出所有的海軍艦隊決一死戰。也是整個二次世界大戰太平洋戰役最關鍵的一役。
自日本偷襲珍珠港以來，日本海軍總司令山本五十六為引誘美國在太平洋殘餘的艦隊出海以最大優勢的兵力決一死戰。山本認為，日本帝國最上上之策是不要攻佔中國、不要掠奪東南亞、不要惹火正在沈睡的巨獅—美國。無奈，當時日本軍國主義的極端思想下，這些事件都發生了。退而求其次，山本希望出奇不意，殲滅美國在太平洋海軍艦隊，以迫使美國與日本談和。
珍珠港的偷襲，使得美國大部分海軍艦艇均被擊沈。但陰錯陽差，美軍仍有三艘航空母艦因出巡任務而免於難。
中途島之戰即是山本所設下的「局」，引誘美軍當中途島被攻擊而不得不派出弱勢的海軍艦隊救援時(中途島離近珍珠港，是非常重要的戰略地理位置)，山本派出所有極大優勢的艦隊，做一次全面的決戰，以一舉殲滅美國海軍艦隊。
山本是一個大膽賭徒，他知道此役不是通殺就是通賠。而趁目前籌碼還不錯的情況下，他選擇了這場豪賭。也知道，這是決定大日本帝國命運最關鍵的一役。
但是日本卻不知道他們的無線電密碼早已被美國海軍情報局破解，早已知道山本的主要目標在中途島，也知道是那個時間準備發起攻擊，甚至，也知道，日本將派遣南雲中將(偷襲珍珠港的主將)率領，由四艘航空母艦所組成的第一打擊部隊擔任前鋒部隊。
美國海軍總司令尼米茲上將也決定不是被動出擊，而是選擇相信這個情報，先派出海軍特遣艦隊在中途島附近待伏以先制打擊日本艦隊。
這是一次史無前例的海上大決戰。日本這支艦隊共達一百九十艘艦艇；而美軍僅有四十餘艘艦艇。
論海軍實力：
日本有九艘主力艦(包括象徵大日本的大和號)；美國一艘也沒有。
日本有二十三艘巡洋艦；美國只有八艘。
日本有八艘航空母艦；而美國只有三艘，其中的一艘還是受傷的約克鎮號。
論空軍實力：
日本擁有的零式飛機可說是當時最佳的戰鬥機種；而美國的戰鬥機論速度、爬升、武器等性能都遠遜於零式戰鬥機。
美國的俯衝轟炸機有些還不能俯衝，他們的魚雷既慢，又不可靠。魚雷轟炸機甚至更糟。
又以飛行員來相較，美國的海軍飛行員，沒有一個作過戰，陸軍飛行員也是；而日本的飛行員卻是此行中的菁英，能征慣戰，所向無敵。
這根本是一場極不對稱的會戰。當然，美軍唯一具有的優勢是，掌握敵人的主要行蹤。
如此這麼大規模的海軍會戰，竟然最關鍵的決定戰，只花了：六分鐘！！
當南雲派出第一批飛機大隊轟炸中途島並順利回航中，美軍已派出五個批次的魚雷轟炸隊來攻擊南雲的主力艦隊。
而每一次，美國的魚雷轟炸機隊幾乎是全軍覆滅！全部毀於護航航空母艦的零式戰鬥機手下。
只是，日本的海軍人員也非常的驚訝，美軍竟然在沒有戰鬥機的護航下，裝備又如此的簡陋，飛行員的經驗與素質又差的情況下，仍能前仆後繼的過來 “送死"。與他們所認知的，以為美軍一聞如此強大的日本海軍實力，必定早已逃之夭夭了。沒想到，美軍空軍戰鬥人員的 “勇氣"，與日本的武士道精神是一樣的。
最離譜的是，歷經了五次美軍飛機轟炸隊的攻擊，南雲中將仍未警覺美軍艦隊早已在旁虎視眈眈。因為前五波的攻勢，使得從中途島歸來的飛機盤旋了四個多小時後才返回航空母艦上，並馬上裝載炸彈準備第二波的中途島攻勢。
但當日軍第四號偵察機因延故半小時起飛後搜尋才發現到美國海軍艦隊。南雲中將竟然猶豫起來，該改換成魚雷炸彈轟炸美國艦隊，還是繼續執行中途島的第二次攻擊。
當主將一旦決斷力不足時，勝利的天平就開始轉向對方了。猶豫了最關鍵的幾十分鐘，南雲中將總算決定命令所有轟炸機全部改裝為魚雷炸彈，準備攻擊美國艦隊。
而南雲中將的部屬，擔任飛龍號航空母艦艦長的山口少將認為，準備好的飛機就該馬上出擊，不能等待，制敵該機先啊。但南雲確認為應該等所有的飛機改裝完畢，並由零式戰鬥機的護航才出擊，如此才是最穩當的。
就在日軍飛機仍在航艦上集結整裝待發的當下，第六批的美軍魚雷轟炸中隊飛過來了。這次，日本零式戰鬥機也因為返回航艦加油，空中的防護兵力最為薄弱時，幾乎是任由這些魚雷及俯衝轟炸機宰割。
才六分鐘的時間，竟然日本最強大的航空母艦：赤城、倉龍與加賀號，全被擊毀了。而且，接著美軍的第七批轟炸中隊又飛過來了，把尚未擊沈，以及護航的船艦轟炸得慘不忍睹，三艘航空母艦至此確定完全被擊沈了！日本的魚雷、俯衝轟炸機，根本來不及起飛，全被炸毀在航艦的甲板上，共約 100 餘架！
竟然，日本到現在為止連一次對美軍艦隊的攻擊都還沒開始，而美軍這邊卻一直持續的共派出七個批次的中隊，雖然前五次的損失極其慘重，但卻也造就了後續攻擊中隊的成功。
最後，日本的第一打擊部隊僅剩一艘航空母艦—飛龍號，勉強拼湊出一個轟炸隊馬上進行報復。日軍飛行員的素質的確是高出美軍飛行員很多，第一次的出擊，就將美軍的航空母艦—約克鎮號幾乎擊沈。這令日本海軍人員為之一振！以為現在是重新洗牌，雙方是以一比一的航空母艦對決。而事實上，美軍艦隊仍有兩艘完好無缺的航空母艦—企業號與大黃蜂號！
飛龍號的飛行員一返航馬上進行第二波攻擊。而這時美軍也又派出好幾十架的魚雷轟炸機來進行對日本第四艘航空母艦的攻擊。日本僅餘十來架轟炸機又沒有戰鬥機的護航，憑著堅強的意志找到了他們以為的第二架航空母艦，進行了最後的死鬥，這些飛機有許多是無法飛回去的，因為油料的不足。但終於把這艘航空母艦給擊沈了。卻沒想到，這艘仍是前一波被攻擊的約克鎮號。
而當美軍魚雷轟炸機隊找到了第四個攻擊目標—飛龍號時，很順利地將之擊沈。
總計，美軍共發起八波攻勢，有三波奏效；而日軍總共只發起了三波攻勢，一波對中途島的空襲，另兩波對美軍航空母艦。
就這樣，制敵機先乃為致勝之道。
日本海軍輕忽情報、局勢的判斷，又由於主將的猶豫，終於導致此次會戰的大慘敗。而山本的主力艦隊也由於該挫折無法圍剿美國的海軍艦隊，而後收兵返回。自此，日本再也無能為力對美國做任何主動的攻擊了。
最後，引用二次大戰美國的參謀總長，馬歇爾上將對該次戰役的評論說：「這是一次間不容髮的險勝，也是一次最重大的勝利。」
而「中途島之戰—難以置信的勝利」的作者勞德說：「人類精神中的某些事物—技巧、信心和勇氣的神奇配合，可以起必敗而獲得難以置信的勝利。」
中途島海戰於1942年6月4日展開，是第二次世界大戰的一場重要戰役。珍珠港事件之後，日本相繼占領南洋諸島，美國則於4月襲擊東京。日本意識到了中太平洋的威脅，從而試圖占領中途島，並圍殲美國艦隊。
但是由於美國成功破譯日本密碼，從而以逸待勞，在中途島附近伏擊了日本機動艦隊。最終以沉沒一艘航空母艦約克鎮號為代價，取得了一舉擊沉日本主力航空母艦四艘、巡洋艦一艘的決定性勝利，從而徹底挫敗了日本在中太平洋的攻勢。從此中太平洋地區的戰役主動權易手。
中途島海戰是太平洋戰爭的決定性戰役，是最著名的航空母艦之間的交戰，它在根本上扭轉了自珍珠港事件之後盟軍節節敗退的局面，為下一步的反攻奠定了基礎。
美國海軍不僅在此戰役中成功地擊退了日本海軍對中途島環礁的攻擊，還因此得到了太平洋戰區的主導權，所以這場仗可說是太平洋戰區的轉折點。
4月上旬，山本五十六面對軍令部的反對意見，強硬地推出了自己的MI作戰方案，日本海軍想藉此機會將美國太平洋艦隊殘余的軍艦引到中途島一舉殲滅。這還能打開夏威夷群島的大門，並防止美軍從夏威夷出動攻擊日本。美國空襲東京之後，日本海軍開始以全力實行該方案，日本海軍幾乎傾巢而出，投入大半兵力，艦隊規模甚至超越後來史上最大海戰雷伊泰灣海戰時的聯合艦隊，是日本海軍在二戰中最大的戰略進攻。然而由於珊瑚海海戰的牽制，使聯合艦隊少派遣兩艘航空母艦，對作戰造成極嚴重的影響。
若日本海軍達到所定下的目標，則美國西岸就會直接遭到日本海軍的威脅。由於美國其餘的海軍軍艦已部署到北大西洋，美國在短期內就沒有能力在太平洋對日本海軍做出有效地反擊。日本深知美國的軍事潛力。美國巨大的工業生產能力一旦完全納入戰爭軌道，日本就很少有獲勝的希望。所以日本希望在這種情形出現之前就逼迫美國坐到談判桌前，迅速結束與美國的戰爭。
交鋒之前
為了擴充已經佔據的東南亞領地，日本把注意力放在攻佔薩摩亞群島，斐濟以及澳洲上。然而，中途島是當時最靠近日本本島的美國軍事基地，又位處夏威夷和日本本土距離的一半左右，是美國太平洋艦隊西進的重要補給基地。如果中途島告急，美國太平洋艦隊必會全力救援，因此中途島可成為一個消滅美國太平洋艦隊的陷阱。
日本海軍聯合艦隊司令山本五十六大將的作戰計畫秉承了日本帝國海軍所注重的戰略教義：大膽、富有創意。這次行動的目的就是想把美國太平洋艦隊引進一個絕地，給與他們致命的一擊。原本日軍內部還在為是否攻擊中途島爭論不休，但在4月18日美軍空襲東京的行動之後，此爭論即畫上句點。雖然美國的空襲東京行動並沒有造成巨大的傷害，但是足以證明美軍已有能力空襲日本本島，因此必需將日本海軍的力量向東推進到中途島。也因為日軍急於攻擊中途島，致使行動並沒有經過詳細地策劃，而埋下失敗的種子。
日軍的準備
山本的總體計畫是在攻擊日前24小時，以細萱戊子郎中將率領的北方部隊向阿留申群島進行佯攻任務，登陸阿圖島和基斯卡島，摧毀荷蘭港，以迷惑美軍。攻擊日的黎明，則由南雲忠一中將率領的第一機動艦隊（由四艘航空母艦加上若干護衛艦組成）在西北轟炸中途島，並試圖引誘出太平洋艦隊。接著由山本親自率領的主力艦隊（由三艘主力戰艦加上若干護衛艦組成）在其後300海浬處，支援第一機動艦隊與美軍艦隊進行決戰。然後攻擊日的黃昏則將由近藤信竹中將率領的攻略部隊從西南登陸中途島。
美國的準備
美國海軍情報局在與英國以及荷蘭相關單位緊密的合作下，開始成功地解讀日本海軍主要通訊系統JN-25的部分密碼。1942年1月20日，日本海軍伊124號潛艦在達爾文港外被美澳船艦圍攻後沉沒，美軍在殘骸中發現JN-25B。到了五月上旬，聯軍在破解JN-25上取得了重大的突破，也因此得到了窺探日本海軍計劃的能力。JN-25讓聯軍得悉「AF方位」將會是日本海軍的下一個攻擊目標，然而聯軍就偏偏破解不到「AF方位」的位置。一些美軍的高層將領認為「AF方位」便是中途島，另外一些則認為是阿留申群島。然而任憑聯軍解碼科技多麼的先進，也仍然無法破解「AF方位」的正確位置。正當美軍高層在傷腦筋的同時，夏威夷情報站站長約瑟夫·羅徹福特卻想到了一個能夠確認「AF方位」是不是中途島的妙計。他要求中途島海軍基地的司令官以無線電向珍珠港求救，說中途島上的淡水供應站出現了問題，導致整個中途島面臨缺水的危機。不久後，美國海軍情報局便攔截到一則JN-25信息，內容果然提到了「AF方位」出現缺水問題。結果「AF方位」便證實為中途島，也就是日本海軍的下一個攻擊目標。有一些學者認為AF暗號說是美國為了掩蓋真正的情報手段---間諜網而散布的，如半藤一利提到飛龍號被俘的軍人相宗邦造曾在美軍那兒看到剛服役的航艦隼鷹的照片而仰天長嘆，而出發前當地居民都在談論中途島，再如《日本帝國的衰亡》中提到海軍軍官在出發前收到在中國的陸軍友人寄來的信說祝M作戰成功。
由於要從JN-25得到情報非常費時，美國太平洋艦隊司令海軍上將切斯特·威廉·尼米茲到了最後一刻才掌握了能夠用來埋伏日本艦隊的可靠情報。他立即召回了在太平洋西南方的航空母艦企業號、大黃蜂號航艦。另外在珊瑚海海戰中被重創正在珍珠港進行大修的約克鎮號也在尼米茲上將不惜一切地違反許多海軍條例下進行趕工維修，他要求珍珠港海軍船塢工廠將所有維修資源投入以72小時不眠不休的趕工進行應急修理，作戰前夕約克鎮號的飛行甲板已重新鋪平，內部也裝上新的鋼條支撐架，尼米茲更從珍珠港的空防機隊中選出可進行埋伏任務的艦載機種，組成新的艦載機隊，雖然約克鎮號的鍋爐尚未維修完成只能以24節航速進行運作，但仍然在預定時間內投入作戰序列。
除了實體戰力的籌組，人員上尼米茲任命了雷蒙德·阿姆斯·斯普魯恩斯少將代替當時因病而無法作戰的威廉·海爾賽中將指揮第16特遣艦隊。尼米茲以手頭中可用的所有航空母艦為主力，再加上約50艘支援艦艇，在中途島東北方向等候伏擊前往中途島的日本艦隊。中途島上則有海軍陸戰隊第六守備營約2100多人，以及海軍航空站裡含飛行員與輔助兵力在內約1500人。
由於日軍錯誤低估了美軍奇蹟般的維修能力，日本海軍自始至終都以為美軍只有企業號及大黃蜂號兩艘航艦能投入戰鬥中。
戰爭經過
6月4日4時30分，日本第一波攻擊機群開始從4艘航空母艦上起飛，由36架赤城加賀的九九式艦上轟炸機、36架兩龍的九七式艦上攻擊機及36架護衛的零式戰鬥機組成的108架機群，在飛龍號航空母艦的空對地攻擊指揮官友永丈市大尉的帶領下出發攻擊中途島。而此時美國艦載機飛行員已經吃過早飯整裝待發。
5時30分，中途島派出的一架PBY卡特琳娜發現了日軍航空母艦赤城號。
6時03分，接到PBY飛機的關於機動部隊的位置報告後，特混艦隊總司令官弗萊徹將自己的約克鎮號作為後備力量，而命令斯普魯恩斯的兩條航艦全力出擊。他的命令是通過駐在陸上的尼米茲司令部轉發給斯普魯恩斯的。
6時30分，友永的機群向中途島發動了猛烈的轟炸，駐紮在中途島的美軍戰鬥機也全部升空迎擊，但是他們根本不是日軍的對手。島上美軍的轟炸機，包括了5架B-17轟炸機及5架復仇者式魚雷轟炸機，也起飛向日本艦隊發動還擊。日軍聲稱確認擊落美軍戰鬥機41架以及不確定9架，而日軍損失艦攻5架、艦爆1架、零戰2架，以及艦攻16架、艦爆4架、戰鬥機12架受傷，除2架外後來均得以修復。美軍實際損失水牛式Buffalo13架加野貓Wildcat 2架，剩下的飛機大多中彈，最終只有兩架戰鬥機還能起飛。
7時整，友永大尉的第一攻擊波機群準備開始返航，並向南雲中將發出了需要進行第二波轟炸的電報。
7時06分，斯普魯恩斯少將命令所屬的第16特混編隊航艦大黃蜂號及企業號派出戰機全力攻擊200海里外的南雲艦隊。此波攻擊總共包括了9架魚雷轟炸機、67架俯衝轟炸機及20架護航的戰鬥機。
7時10分，首批從中途島起飛的10架美軍轟炸機出現在南雲艦隊的上空。在日軍戰鬥機的攔截和日艦猛烈的防空炮火下，很快就擊落了其中7架。此次美機的攻擊以及友永的報告使得南雲相信中途島的防禦力量還很強。
7時15分，南雲派出去的偵察機沒有任何美軍艦隊的消息，於是決定把原來準備用於對付美艦的飛機改為對中途島進行第二次轟炸，以徹底消滅該島的空軍戰力。下令第一航空戰隊的赤城號和加賀號將在甲板上已經掛上魚雷的97式雷擊機送下機庫，換裝對地攻擊的高爆炸彈以騰出甲板。而對兩龍則命令將它們的99式仍舊空著等待命令。
7時28分，利根號巡洋艦推遲半小時起飛的一架偵察機發來電報稱距中途島約240海里的海面發現10艘美國軍艦（比實際位置偏北了160公里）此電報在十分鐘後被南雲接收到。
南雲命該偵察機繼續查明敵人艦隊是否擁有航空母艦，同時於45分命令暫停換彈。就在南雲等待偵察機的偵察結果時，空中再次響起了警報。16架無畏式俯衝轟炸機和15架B-17轟炸機先後從中途島起飛撲向南雲的艦隊。由於美軍的轟炸機沒有戰鬥機護航，很快的就被南雲派出的零式戰鬥機擊退。
8時20分，南雲接到了偵察機傳來的報告（8:10時拍發），稱為巡洋艦十艘加驅逐艦十艘，
但是十分鐘後又報告「美軍艦隊里看來有一條航艦的存在。方位中途島起8度，240海里（上午5點20分發）」當時草鹿感到「雖然也算在預料之中，但不禁一愕」。此時飛龍及蒼龍號上正為第二次攻擊中途島而提升250KG陸用炸彈。南雲立刻下令蒼龍裝載的兩架十三式試作偵察機出發去作更一步偵察。
8時30分，空襲中途島的第一攻擊波機群返航飛抵日本艦隊的上空，南雲下令各艦停止裝炸彈，南雲處於進退維谷的境地。第二批飛機還沒有完成換裝魚雷；而且如果馬上發動進攻，也沒有戰鬥機可以護航。同時艦上的跑道若被起飛的飛機占用，那麼第一攻擊波機群會因為燃油耗盡而掉進海裡。此時山口多聞經野分號轉發信號提出馬上讓能飛的飛機都去攻擊美國航艦。據淵田和源田的說法此時赤加上堆滿了97式，而兩龍上堆滿了99式但是實際根據帕西爾和塔利的研究，之前B-17拍下的飛龍甲板是空空的此外關於第二次更換武器，雖然淵田說到發現美國航艦時已經基本換完了炸彈，實際上用於換彈的時間只有07:15-07:45暫停為止的半個小時，中間還加上機動時的船身搖晃，絕大部分的魚雷都未換下，換掉的只有赤城6架，加賀9架。戰前的試驗證明，飛龍號上如果要將18架97式的魚雷都換成炸彈要1.5-2個小時。因此南雲決定把攻擊時間推遲，首先收回返航的飛機，然後重新組織部隊以進攻美軍特混艦隊。對此大部分的幕僚都是贊同的，源田實說「如果此時出擊，等於謀殺降落在水面上的飛行員，我們應當優先收回有經驗的機員」。
8時40分，弗萊徹少將率領的第17特遣艦隊的約克鎮號航空母艦上起飛了35架戰機。
8時45分，利根4號機又報告進一步發現兩條巡洋艦（發報時間15分鐘前）之後請求返航。阿部少將的第八戰隊（築摩，利根）一邊起飛換班的偵察機，一邊命令4號機繼續偵察這是因為從常理來說它的燃料還很足夠。南雲在54分時為了進行無線測定方位命令4號機打開長波台，但是55分時4號機報告「有10架飛機向你方飛去」卻沒打開長波。
9時18分，南雲命令艦隊以30節的航速向北航行，以避開來襲的美機，全力進攻美軍艦隊。
此時大和號上的山本司令部雖然也為敵情而緊張，但據宇垣纏的描述更多的是「沒什麼大不了的敵人，馬上先將敵航艦消滅再收拾剩下的敵人」的盲目樂觀。[22]山本問黑島龜人首席參謀是否應向南雲艦隊指示消滅敵航艦，回答是「南雲的一半飛機都為敵人航艦留著，沒有那個必要」於是什麼命令也沒下達。
9時20分，掩護日本艦隊的戰鬥機開始起飛。
9時25分，一隊由大黃蜂號起飛的15架TBD蹂躪者式魚雷轟炸機編隊發現了正在為甲板上掛彈及加油的日軍航艦艦隊，在脫離戰鬥機的護航之下便直接進行攻擊。在幾乎等於自殺的攻擊中，該編隊全數被零式戰鬥機和高射炮火擊落，30名飛行員及機槍手除1人生還外全部陣亡，生還者蓋伊少尉用一個橡膠筏子漂流一天後獲救。
9時30分，從企業號、約克鎮號起飛的共41架美軍魚雷轟炸機陸續尾隨而來，向蒼龍號和飛龍號展開攻擊。然而此波攻擊幾乎也是自殺性，只有7架返航，而所投魚雷竟無一命中。
9時37分接到利根4號機於30分時發送的電報「燃料不足我要返航」阿部少將命令它再留在原地時它說「我辦不到」於是允許它返航。
10時，蒼龍的十三試偵察機按利根4號機報告的錯誤方位，沒能找到美國航艦。
10時10分，蘭斯馬塞少校的約克鎮第3俯衝轟炸機中隊開始攻擊飛龍號，掩護他的6架F4F的指揮官瓊-薩奇少校第一次以他的「薩奇剪」戰術面對15架零戰，儘管戰果可觀（損失1架擊落5架零戰），但是12架TBD中有10架被擊落，剩下的最後也都在海上迫降了。射向飛龍號的5條魚雷無一命中。
10時20分，一批又一批各式的美軍戰機都被驅趕或擊落，而護航的零式也因此都降到了低空。淵田美津雄的「命運五分鐘說」稱此時日軍艦載機攻擊隊已準備就序，此時，日軍航艦甲板上到處是魚雷、炸彈及剛加好油的飛機。但是，近年史學家已經引用參戰飛行員的回憶證明基本上此時日本航艦上只有一些換班的戰鬥機。據赤城的雷擊機電報員松田憲雄回憶，當時剛發令「第二次攻擊隊整列」，搭乘員們都在喝茶或抓緊休息。而從飛龍號在珍珠港的起飛時間－第一波18架97與9架零戰用了15分鐘來看，五分鐘也是遠不夠攻擊編隊起飛的。
馬克拉斯基少校率領的轟炸機隊是跟蹤嵐號驅逐艦得以盯上日本艦隊，該艦正驅趕之前攻擊霧島號未能得手的鸚鵡螺號潛艦，他先前不顧燃料缺乏決定繼續搜索之舉被尼米茲形容為「挽救了特混艦隊和整個中途島的軍隊命運」當一架日本零式飛離飛行甲板時。企業號的VB-6和VS-6 33架無畏式俯衝轟炸機分成2部分別攻擊赤城號和加賀號，10:22時馬克拉斯基對加賀取得近失彈，第四發加拉弗中尉命中了後部甲板接踵而來的是17架從約克鎮號航空母艦上起飛的無畏式俯衝轟炸機在雷茲利少校（他本人在內數機先前因事故掉下了炸彈，但是仍然帶隊衝鋒）帶領下攻擊蒼龍號，第2架衝下的霍姆貝格命中了它的前升降機親眼看到「一架零式正在起飛，被彈進了海裡」，他們主張取得了命中5發近失彈3發，實際只有3發。對美軍來說幸運的是貝斯特率領的4架約克鎮飛機因為失去聯繫而未跟隨大隊，反而得以盯上赤城號不讓她漏網。赤城號被命中的則有一發或兩發之說，淵田中佐被氣浪震得雙腳骨折。此時3艘航空母艦分別中了加賀3發，赤城1-2發，蒼龍3發，同時因為波及堆放在機庫中的飛機、燃料和彈藥而引發連鎖的大爆炸，5分鐘內日軍3艘航空母艦即遭到美軍重創而喪失作戰能力。
10時50分，接替南雲指揮的阿部弘毅第八戦隊司令官向山本通報了受重創的消息同時命令第二航空戰隊的山口多聞少將立刻發動反擊。11時由18架九九式俯衝轟炸機和6架零式戰鬥機組成的攻擊編隊在小林道雄大尉指揮下從飛龍號起飛。他們裝的炸彈12顆是普通彈，6顆是陸用炸彈。在幾乎與此同時發現了美國艦隊正確位置的築摩5號機引導下開始反擊。蒼龍的十三式發現了返航的敵機隊開始發報，40分鐘後被收到。在接到壞消息時，黑島龜人首席參謀流著淚敲打桌子，山本五十六和渡邊下著將棋時聽到「赤城，嚴重被炸，全員退艦」的報告時一邊下子，一邊說「又被幹掉了啊」、「南雲會活著回來的吧。」
11點20分，飛龍的機群找到了約克鎮號並予以攻擊。多架飛機被擊落，只有8架99艦爆機進入俯衝，有3架被擊落，5機投彈，3顆炸彈命中約克鎮號。
雖然遭到重創，但是在船員的極力搶修下，約克鎮號又恢復了航行功能，並能繼續給艦上的戰鬥機加油。日軍的代價是連同小林道雄在內被擊落3架零戰和13架99，只有一架零戰和五架99成功返回飛龍號。而這當中經修理能使用的只有1架零戰和2架99。
11點30分，南雲中將及其幕僚轉移到了長良號巡洋艦，開始集合殘餘的艦隊。十三試又發現了美國航艦並發報返航，但是由於電報機故障該報沒被收到。赤城的7架零戰，加賀的9架零戰，蒼龍的4架零戰與一架97艦攻降落在飛龍號上。
12點20分，山本五十六命令登陸部隊暫時後撤，並令角田覺治少將指揮的兩艘用於攻擊阿留申的兩條輕型航艦馬上南下。
13點23分，弗萊徹將旗幟從約克鎮號上轉到阿里托里亞號上。將指揮權移交給斯普魯恩斯少將。
13時40分，友永又率領10架日軍九七式魚雷攻擊機和6架零式戰鬥機從飛龍號起飛，他的飛機被打壞了一個副油箱，部下提出對換飛機，他一笑置之「敵人只在90海里外」。友永的機隊對約克鎮號進行了第二次攻擊。友永座機被高射炮火擊中，據日本說法最後撞上約克鎮號而喪命。隨後約克鎮號被兩枚魚雷擊中左舷中段，炸開了兩個大洞，而卡住艦舵。
13時45分，十三試回到飛龍號上，日方的戰鬥詳報對該機的行動給予了高度評價，儘管它由於發報機故障而延誤了發現三艘航艦的情報。此時山口已經從對美軍OSMU少尉的審問中得知敵方除了利根4號，築摩5號發現的外還有企業級一艘和大黃蜂級一艘。
14時45分，美軍偵察機發現日軍飛龍號航空母艦，斯普魯恩斯立即命令企業號、大黃蜂號航空母艦的30架「無畏」式俯衝轟炸機起飛，去攻擊飛龍號。
15時00分，美軍約克鎮號艦長巴克馬斯特被迫下令棄艦，然而該艦並未沉沒；於是美軍又回到該艦上試圖用拖船拖向珍珠港。
16時45分，美軍企業號航空母艦的俯衝轟炸機成功地攻擊了日軍剩下的飛龍號航空母艦。飛龍號在這輪攻擊中遭到4枚炸彈擊中並引發火災。
19時13分，蒼龍號與加賀號先後沉沒。
20時30分，山本五十六命令伊168號潛艦於23：00時開始對AF的機場炮擊，並通知說之後會有第七戰隊（栗田）加入炮擊。
22時50分，南雲報告「敵人還有空母4艘，我方空母全滅。」
6月5日2時55分，日本聯合艦隊司令山本五十六一級上將下令：「取消中途島的占領行動。」
3時50分，南雲收到山本擊沉『赤城號』的命令
5時00分搶救失敗的赤城號航空母艦被日軍驅逐艦發射的魚雷擊沉。
5時10分，無法挽救的飛龍號航空母艦被日軍驅逐艦發射的魚雷擊沉，第二航空戰隊司令山口多聞和艦長加來止男選擇與艦共沉，部分被大火困於船艙底部的船員自魚雷擊穿的洞口逃生獲救。
此日美軍派出多波戰機追擊日軍軍艦，但均未發現山本的主力艦隊。
6月6日3時45分，日軍兩艘重巡洋艦最上號和三隈號在濃霧中轉向時互撞，最上號重創，三偎號及另兩艘驅逐艦留下護航。
6月6日8時5分，中途島起飛的12架陸戰隊轟炸機追擊三隈號及最上號。三偎號遭到擊沉，而重傷的最上號則最後逃過美軍轟炸返回特魯克島基地。美軍接著試圖追擊早在數小時前沉沒的飛龍號，不過只找到了谷風號驅逐艦，但是雙方並無任何戰果。
6月7日13時00分，日軍伊168號潛艦發現了約克鎮號，隨即發射4枚魚雷。其中1枚命中護航的哈曼號驅逐艦，該艦隨即沉沒。另有2枚擊中已經奄奄一息的約克鎮號，該艦隨後被棄船，一直飄浮到第二天中午才沉入海底。被攻擊同時美軍其它6艘驅逐艦曾試圖反擊伊168號，但仍被其潛逃。
到了夜間，由於美軍艦隊逐漸接近天候惡劣的海域，加上亦接近威克島上日軍飛機的作戰半徑，因此決定停止追擊。中途島之戰終於宣告結束。
戰後結果
美國著名海軍歷史學家塞繆爾·E·莫里森把美國海軍在中途島海戰中的勝利稱之為「情報的勝利」。美國海軍提前發覺日本海軍的計劃，是日本海軍失利的唯一最主要的原因。但許多軍事家認為：日本海軍堅持以戰艦作為海戰決戰的決定性力量，把航空母艦當做輔助性力量使用，忽略了航空兵力的作用是導致失敗的最終結果。而如果給南雲艦隊配備戰艦，是否就能扭轉戰局？答案似乎不能輕易得出，但是從中途島海戰日軍高炮沒有阻止一架轟炸機投彈，以及馬利安納海戰中高炮僅造成了數架美機的損失來看，不宜對戰艦編入航空母艦編隊在防空上發揮的作用期待過高，公平地說，美國的艦載高炮在換裝威力巨大的博福斯40毫米及配備近炸引信前也不理想。而且日本和美國戰前都在進行戰艦建造競賽。
日本海軍計劃最明顯的失誤是分散部署兵力，聯合艦隊各部隊在相隔很遠的距離上單獨作戰，而美國海軍則在最大限度集中部署兵力。聯合艦隊的優勢被削弱了。但是也有意見認為1940年英軍的多股並進的MB8作戰成功了，而且把戰艦編入後並不能增強實質防空能力而徒增加操作難度。日軍計劃另一個失誤是，進攻中途島本來是誘使敵軍艦隊前來決戰，可是卻給航空母艦套上支援占領中途島的任務，並且一相情願地認為在中途島受到攻擊以前，敵軍艦隊不會離開其基地。日軍偵察搜索計劃同樣不利。最後導致南雲遇到進退維谷的難題和來回換裝魚雷、炸彈的尷尬局面。最關鍵的是臨敵偵察方面，如果臨時偵察夠充分南雲就有可能勝利，對此制訂偵察計劃的吉岡忠一戰後反省說當初不應當為了節約攻擊機而壓縮偵察兵力的草鹿龍之介源田實和淵田也在後來反省說應當及早採用二段偵察法。。在中途島時的偵察方式是日本海軍長年的標準做法，可見病根在於整個日本海軍自身。
日本海軍損失了四艘航空母艦，此後再也沒有能力在太平洋戰場發動大規模進攻，把戰爭的主動權交到了美國手裡。在偷襲珍珠港僅僅六個月後，日本海軍在中途島遭受前所未有的大敗。山本五十六曾對首相親衛文麿說：「憑日本的工業，根本不能與美國為敵，同其抗衡。如果（日美）非打不可，在開始的當年或一年中可以奮戰一番，並且有信心打贏。但戰爭如果持續下去，以至拖到二年三年，那就毫無把握了。」他的預言果然應驗了。
一些軍事學者也認為，如果日本海軍威脅甚至攻擊到美國西岸的話，便會迫使美國把急需送往歐洲前線的軍事配備轉移到美國西岸，如此不但會造成歐洲戰區出現軍需短缺的現象，甚至可能使歐洲戰區再次失守，不能搶先在蘇聯反攻納粹德國時解放歐洲，讓整個歐洲成為共產主義的勢力範圍。
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