在第一攻擊波起飛後不久，南雲根據計劃又派出了7架偵察機對海麵進行搜索偵察，以確保及時發現附近海區內可能出現的美特混艦隊。7架飛機按計劃分別由"赤城"號、"加賀"號各派一架，驅逐艦一利根"號和"築摩"號各派2架，戰列艦"榛名"號派出1架。前2架負責西南方向海麵，後5架負責東北方向海麵，7路偵察機成扇麵以艦隊為中心進行搜索。除了"榛名"艦上的水上偵察機搜索半徑為150海裏外，其他飛機搜索半徑均為300海裏。
由於當時日軍偵察機沒有裝備雷達，全靠目力觀察，按通常的慣例應採取雙相搜索進行偵察，即：第一批搜索機爭取在天亮時到達搜索半徑的最外端，然後返航。首批飛機啟航後約1小時，在同一搜索扇麵內派出第二批偵察機，其主要任務是搜索第一批偵察機在夜間未能搜索到的海區。這樣可將發現敵艦的概率提高一倍。但是，當時整個日本海軍沒有給予戰場空中偵察以足夠重視，南雲雖有足夠數量的、受過夜間飛行訓練的飛行員來實施這一偵察方案，但他不肯增加用於偵察的飛機的數量。因為他根本就不相信敵艦隊會在東經165度日軍派出的潛艇警戒線以西出現。
各偵察機順利升空，但原定在搜索扇麵中央擔任偵察任務的"利根"號和"築摩"號兩艘巡洋艦上的4架偵察機卻因彈射器發生故障而未能準時起飛，待到其升空執行任務時，已比預定的出發時間晚了整整30分鍾時間。這是一個嚴重的非同尋常的失誤。接著，"築摩"的6號機在搜索途中由於引擎發生故障，不得不於3時35分提前返航。整個偵察任務安排馬虎，成了日本中途島海戰慘敗的致命原因。
從美軍的計劃看，美特混艦隊就在這一架折返的飛機的搜索區內。如果沒有返航，自然會發現而且可以由日艦隊先發製人；如果有第二批偵察機也可能發現。由於飛機的故障卻出現了漏洞，而敵艦隊恰好就在這個漏洞裏，這對美軍來說真是無法想像的幸運。
且說在南雲把空襲中途島的第一攻擊波剛放走，就下令把第二波飛機從機庫提升到飛行甲板。因為這是山本在出發前特意叮囑安排的，主要是時刻準備提防和攻擊有可能出現的美特混艦隊。第二波飛機也是108架。
飛行甲板上擺滿了這樣多的飛機，無疑對美軍也是一個極大的誘惑。當時在場的淵日美津雄中佐說："我們就像一個背著滿口袋黃金，單身在森林裏趕路的人，自然會引起強盜注意，哪個強盜首先發現了，都會猛撲過來。"何況，隻有18架戰鬥機為南雲部隊的21艘軍艦的空中戰鬥巡邏。可以說，南雲部隊處境險惡。
6月5日晨，美霍華德·艾迪上尉駕駛著大型水上飛機在中途島西北200海裏的上空偵察飛行，當他穿過斷雲時，突然在水天線處發現了日本艦隊。艾迪立即打開他的收發報機："達夫尼呼叫，達夫尼呼叫，發現敵艦隊，航向135度。航空母艦2艘、戰列艦2艘、巡洋艦和驅逐艦待報。"不久，在艾迪東南方向的駕駛員蔡斯上尉又發現大批的日機正全速飛向中途島。蔡斯立即發報，1分鍾後，中途島發出了戰鬥警報。此時正是中途島時間6月4日清晨6時整（中途島與日本的時差為21小時）。
蔡斯駕機悄悄地跟蹤日機隊，在離中途島不到30海裏的地方，他搶先飛到日機群上空，發射了1顆降落傘照明彈，向早已在空中嚴陣以待的26架"野貓"式戰鬥機報警。
空中攔截戰開始了，但美機不是性能優良的"零"式機的對手。經過15分鍾的激戰，日本戰鬥機共擊落15架美機，而自己未損1架，使全部轟炸機躲開了美機的攔擊，安全抵達中途島上空。
可是，早已作好充分準備的美國人已把島上的飛機全部派到上空，機場上空空如也，偷襲珍珠港的那種便宜事再也沒有了。日本轟炸機僅僅隻能對東島機場、機庫、機場跑道及其他地麵設施進行襲擊和轟炸。第一次攻擊沒有達到預期目的。心情沮喪的第一攻擊波指揮官友永在返航時向航空母艦請示："需要進行第二次攻擊。"
接到友永的電報後，南雲司令部的參謀們展開了激烈的爭論。有人主張為防備敵特混艦隊，應維持現狀。但也有人認為此次作戰的目的在於攻占中途島，應趁此機會徹底摧毀敵人的基地，掩護登陸部隊順利登陸。在這緊要關頭，南雲最後選擇了進行第二次攻擊，轟炸中途島。
由於停在飛行甲板上的第二波飛機裝備的是魚雷和轟炸軍艦用的重磅炸彈，要作陸地進攻就必須將魚雷和炸彈全部卸下來，換成攻擊陸地目標用的80號炸彈。4艘航空母艦的勤務人員奉命後，立即開始換裝。但這是一件很麻煩的工作，要從戰鬥機之外的72架飛機上取下魚雷和船艦用炸彈，換上陸地用炸彈，再快也需要1小時到1小時30分鍾的時間。
"快！快！"
地勤人員及飛行員都在急急地換裝，司令官、參謀以及艦長們也都在焦急地等待換裝完成。正在這時，航空母艦上突然響起了空襲警報，中途島岸基飛機對南雲艦隊的一連串空襲開始了。
首批來襲的美機共有6架海軍魚雷機和4架陸軍b-26轟炸機。它們既沒有戰鬥機護航，也不打算和日本戰鬥機糾纏，不顧日艦發射的猛烈炮火，徑直撲向日本旗艦"赤城"號。當4架b一26轟炸機從左舷以7o米高度掠海而來正欲投彈時，"零"式戰鬥機迎上"前去，頓時就有3架美機斃命，剩下的一架丟下魚雷落荒而逃。
由於當時日軍偵察機沒有裝備雷達，全靠目力觀察，按通常的慣例應採取雙相搜索進行偵察，即：第一批搜索機爭取在天亮時到達搜索半徑的最外端，然後返航。首批飛機啟航後約1小時，在同一搜索扇麵內派出第二批偵察機，其主要任務是搜索第一批偵察機在夜間未能搜索到的海區。這樣可將發現敵艦的概率提高一倍。但是，當時整個日本海軍沒有給予戰場空中偵察以足夠重視，南雲雖有足夠數量的、受過夜間飛行訓練的飛行員來實施這一偵察方案，但他不肯增加用於偵察的飛機的數量。因為他根本就不相信敵艦隊會在東經165度日軍派出的潛艇警戒線以西出現。
各偵察機順利升空，但原定在搜索扇麵中央擔任偵察任務的"利根"號和"築摩"號兩艘巡洋艦上的4架偵察機卻因彈射器發生故障而未能準時起飛，待到其升空執行任務時，已比預定的出發時間晚了整整30分鍾時間。這是一個嚴重的非同尋常的失誤。接著，"築摩"的6號機在搜索途中由於引擎發生故障，不得不於3時35分提前返航。整個偵察任務安排馬虎，成了日本中途島海戰慘敗的致命原因。
從美軍的計劃看，美特混艦隊就在這一架折返的飛機的搜索區內。如果沒有返航，自然會發現而且可以由日艦隊先發製人；如果有第二批偵察機也可能發現。由於飛機的故障卻出現了漏洞，而敵艦隊恰好就在這個漏洞裏，這對美軍來說真是無法想像的幸運。
且說在南雲把空襲中途島的第一攻擊波剛放走，就下令把第二波飛機從機庫提升到飛行甲板。因為這是山本在出發前特意叮囑安排的，主要是時刻準備提防和攻擊有可能出現的美特混艦隊。第二波飛機也是108架。
飛行甲板上擺滿了這樣多的飛機，無疑對美軍也是一個極大的誘惑。當時在場的淵日美津雄中佐說："我們就像一個背著滿口袋黃金，單身在森林裏趕路的人，自然會引起強盜注意，哪個強盜首先發現了，都會猛撲過來。"何況，隻有18架戰鬥機為南雲部隊的21艘軍艦的空中戰鬥巡邏。可以說，南雲部隊處境險惡。
6月5日晨，美霍華德·艾迪上尉駕駛著大型水上飛機在中途島西北200海裏的上空偵察飛行，當他穿過斷雲時，突然在水天線處發現了日本艦隊。艾迪立即打開他的收發報機："達夫尼呼叫，達夫尼呼叫，發現敵艦隊，航向135度。航空母艦2艘、戰列艦2艘、巡洋艦和驅逐艦待報。"不久，在艾迪東南方向的駕駛員蔡斯上尉又發現大批的日機正全速飛向中途島。蔡斯立即發報，1分鍾後，中途島發出了戰鬥警報。此時正是中途島時間6月4日清晨6時整（中途島與日本的時差為21小時）。
蔡斯駕機悄悄地跟蹤日機隊，在離中途島不到30海裏的地方，他搶先飛到日機群上空，發射了1顆降落傘照明彈，向早已在空中嚴陣以待的26架"野貓"式戰鬥機報警。
空中攔截戰開始了，但美機不是性能優良的"零"式機的對手。經過15分鍾的激戰，日本戰鬥機共擊落15架美機，而自己未損1架，使全部轟炸機躲開了美機的攔擊，安全抵達中途島上空。
可是，早已作好充分準備的美國人已把島上的飛機全部派到上空，機場上空空如也，偷襲珍珠港的那種便宜事再也沒有了。日本轟炸機僅僅隻能對東島機場、機庫、機場跑道及其他地麵設施進行襲擊和轟炸。第一次攻擊沒有達到預期目的。心情沮喪的第一攻擊波指揮官友永在返航時向航空母艦請示："需要進行第二次攻擊。"
接到友永的電報後，南雲司令部的參謀們展開了激烈的爭論。有人主張為防備敵特混艦隊，應維持現狀。但也有人認為此次作戰的目的在於攻占中途島，應趁此機會徹底摧毀敵人的基地，掩護登陸部隊順利登陸。在這緊要關頭，南雲最後選擇了進行第二次攻擊，轟炸中途島。
由於停在飛行甲板上的第二波飛機裝備的是魚雷和轟炸軍艦用的重磅炸彈，要作陸地進攻就必須將魚雷和炸彈全部卸下來，換成攻擊陸地目標用的80號炸彈。4艘航空母艦的勤務人員奉命後，立即開始換裝。但這是一件很麻煩的工作，要從戰鬥機之外的72架飛機上取下魚雷和船艦用炸彈，換上陸地用炸彈，再快也需要1小時到1小時30分鍾的時間。
"快！快！"
地勤人員及飛行員都在急急地換裝，司令官、參謀以及艦長們也都在焦急地等待換裝完成。正在這時，航空母艦上突然響起了空襲警報，中途島岸基飛機對南雲艦隊的一連串空襲開始了。
首批來襲的美機共有6架海軍魚雷機和4架陸軍b-26轟炸機。它們既沒有戰鬥機護航，也不打算和日本戰鬥機糾纏，不顧日艦發射的猛烈炮火，徑直撲向日本旗艦"赤城"號。當4架b一26轟炸機從左舷以7o米高度掠海而來正欲投彈時，"零"式戰鬥機迎上"前去，頓時就有3架美機斃命，剩下的一架丟下魚雷落荒而逃。