8时15分，南云终于接到了侦察机传来的报告：美军舰队里确实有航母的存在。南云下令各舰停止装zhà dàn，飞机再次送回机库重新改装鱼雷，日本航空母舰的甲板上一片混乱，为了争取时间，卸下的zhà dàn，都堆放在甲板上。
8时3o分，空袭中途岛的第一攻击波机群返航飞抵日本舰队的上空。还有那些保护航空母舰的战斗机也需要降落加油。南云处于进退维谷的境地。第二航空母舰战队司令山口海军少将向南云建议“立即命令攻击部队起飞”。第二批突击飞机换装鱼雷还没有完成，如果马上动进攻，也没有战斗机护航。而且舰上的跑道被起飞的飞机占用，那么油箱空空的第一攻击波机群会掉进海里。南云决定把攻击时间推迟，先收回空袭中途岛和拦截美军轰炸机的飞机，然后重新组织部队以进攻美军特混舰队。
9时18分，全部飞机的作业完毕。南云命令舰队以3o节的航向北航行，以避开再来攻击的美机，准备全力进攻美军特混舰队。两分钟后，战斗机部队先起飞！
9时25分，一队由大黄蜂号起飞的15架“复仇者”式鱼雷轰炸机组成的编队现了南云舰队。不幸的是，他们的燃油即将耗尽，而且没有战斗机护航。在zi shā式攻击中，被零式战斗机和高射炮火全部击落，3o名飞行员除1人生还外全部遇难。
9时3o分，从企业号、约克城号起飞的28架美军战机6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2o架鱼雷轰炸机，美机所投鱼雷竟无一命中。
经过3小时激战，日本的防御屏障似乎证实牢不可破，因此日军改变了93架轰炸机和鱼雷飞机的任务。但在上午1o时22分，这个牢不可破的防御屏障终于打开一个缺口。“飞龙”号航母忽然脱离箱形编队，向北驶去；但其余3艘航母仍然抱成一团，在飞机起飞点进行反击。它们的飞行甲板成了激请大灾难降临的地方：一群飞行员激动地加大动机的转，一堆堆zhà dàn放得乱七八糟，军官士兵紧张地奔跑，高辛烷油料软管像蛇一样在人们的脚下弯弯曲曲。只需要5分钟就能完成出击准备一举消灭美国航母。
零”式飞机正在低空飞行，追击低空飞行的美军鱼雷飞机。这使得日本航母缺少对付高空攻击的战斗机巡逻掩护。正在这时，美国海军韦德·麦克拉斯基少校率领的从“企业”号航母起飞的36架“无畏”式俯冲轰炸机和马克斯韦尔·莱斯利少校率领的从“约克城”号航母飞掠下来，它们令人毛骨悚然的尖叫声使下方的日本航母起飞的17架俯冲轰炸机，忽然破云而出。
1o时24分，第一架换班的防空日本战斗机飞离飞行甲板时。企业号的33架“无畏”式俯冲轰炸机，分成2个中队分别攻击赤城号航空母舰和加贺号航空母舰{此时该几舰没有做好放飞攻击编队的准备}，接踵而来的是17架从约克城号航空母舰上起飞的“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，堆放在机库里的的飞机以及燃料和dàn yào引起ào zhà，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。
日本人因为自己的大意付出了惨重的代价！