5月31日深夜，马绍尔群岛东侧沃特杰基地的日本海军二式水上飞机接到去珍珠港侦察美太平洋主力舰队动向的任务。
二式水上飞机，是川西航空公司所制造“九七”式大型水上飞机的改进型，上面装有四台发动机，是当时世界上最先进的水上飞机。该机虽然设备先进，性能优良，但也是不可在沃特杰至夏威夷之间不降停加油而作往返飞行。正巧，在中途岛和夏威夷之间，有一片荒无人迹被称为“法国三桅舰”的珊瑚礁。最后决定，水上飞机飞达这里时，与提前来到这里专送燃料的潜艇会合，加过油后，再飞往夏威夷。
当日本潜艇来到这里后，通过在水下潜望镜意外地发现，水上有美国的两艘舰艇和两架水上飞机正在巡逻。日本的水上飞机无法接近水面。无奈，只有取消了这次侦察计划。这给日本方面带来了巨大损失。因为联合舰队一直在认为：美国并没有发现它的进攻中途岛的作战意图；同时，日本对珍珠港内美国太平洋舰队的动向也一无所知。依然以为他们还在珍珠港内。实际上，这时，美国已把太平洋舰队的全部兵力都部署在了中途岛一带海域，正在等待日本舰队的前来。这次日本的侦察行动如果成功的话，自然会发现珍珠港已成空港，至少也会产生怀疑，乃至修正自己的作战计划。实际上，这正是美国设法阻止日本侦察用意。
另外还有两件事看来无足轻重，实则影响很大“鸣门”号供油舰本应按原预定的时间同“大和”舰会合，为其加油。但因6月1日这天，在途中遇上了坏天气，风大浪高，能见度也很差，不仅影响了航行速度，而且很难同“大和”会合。在这种情况下，“鸣门”竟错误地不顾规定，把自己的准确位置用电报告诉给了“大和”。
6月3日这天，“赤城”舰为命令其所属舰只改变航向，也发射了弱电磁波，这同样是不能忽视的错误。像这一类问题，在12月进击珍珠港时，是绝没有发生过的。这只能解释为丧失警惕或不谨慎。
渊田和奥宫合著的《中途岛》一书中详细记载了，南云舰队攻打中途岛的作战经过。源田实和伊藤正德也写过中途岛作战的有关情况。特别是美国作家沃尔特·罗德最近出版的《IncredibleVictory(惊人的胜利）》一书中记述得更为详细。日军在中途岛登陆的时间是6月7日。为支援中途岛登陆作战，南云机动舰队在此前两天，即6月5日，就开始了对中途岛实施空袭。
日本海军，进攻并占领中途岛，前后有两个目的其一，是为了夺取这块战略要地；其二，是打算通过攻打中途岛，诱使美太平洋舰队前来救援，从而在海上进行舰队决战。就作战顺序来说，自然是这样的，指示得也很明确。如果就重要程度而言，后者显然比前者更重要。最理想的是战斗像日本海军所计划的那样发展，倘临战时发生意外，不能按原计划进行怎么办？到那时，究竟以哪个目标为主呢？关于这些，并没有明确的指示。恐怕这也是导致中途岛一战失败的原因之一。
在中途岛西北240海里的洋面上南云舰队集结。东京时间6月5日凌晨1时30分，和以往一样，即日出前30分，第一攻击波从4艘航空母舰上同时开始起飞。
飞行甲板上一排排准备起飞的飞机机翼上的红、绿色航行灯一起闪亮，耀眼绚丽，看上去分外壮观。
总指挥由“飞龙”母舰上的飞行队长友永丈市大尉代替病倒的渊田担任。第一攻击波由3个机队编成：水平轰炸机队、俯冲轰炸机队和担任护航的制空战斗机队。每个机队36架飞机，合计108架。
美国水上飞机在机队升空后不久，跟踪上了。当来到中途岛上空时，美国的水上飞机升到日本机群上空投下了降落伞照明弹，整个机群在敌人的视野之中暴露无遗。于是，基地的迎击战斗机一窝蜂似的扑了过来。在这场空战中，菅波政治大尉所率领的零式舰载护航战斗机队仅以损失飞机两架的代价取得了一举击落敌机40余架这一难以令人置信的战果。然而，轰炸机队却全然扑了个空没有取得什么结果，岛上的机场空荡荡，所有的飞机都疏散了。
于是，总指挥友永向南云长官报告：“我认为有进行第二次攻击的必要，04:00”就这样，友永机队踏上了归途。
鉴于美机动舰队可能出现，南云的4艘航空母舰上的江草隆繁少佐的俯冲轰炸机队、村田重治少佐的鱼雷轰炸机队和板谷茂少佐的制空战斗机队已做好起飞的准备。接到友永的电报后，突然决定：御下机上已装好的鱼雷和穿甲炸弹，改装对地攻击的普通炸弹，前往中途岛，对美军进行第二次攻击。