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ミッドウェー海戦 アメリカ軍の対応
ハワイ諸島は、アメリカにとって太平洋正面の防衛・進攻の戦略的に重要な根拠地であった。ミッドウェー島はハワイ諸島の前哨であり、戦略的要衝である。ニミッツ大将は日本軍の来襲の危険性があるミッドウェーを5月3日に視察し、同島守備隊の指揮官シマード海軍中佐と防備の強化について打ち合わせた。このとき、シマード中佐は兵器と人員が充足すれば防衛は可能であると意見を述べ、ニミッツ大将はシマード中佐の要望どおりの補強を行うことにして防備を固めようとした。こうして、ミッドウェー島に集結した航空機は当時最新鋭のTBF雷撃機を含む約120機、アメリカ海兵隊を含む人員の補強は3027人に達し、防爆掩蓋や砲台も配備していた。陸上部隊は士気が高かったが、航空部隊は寄せ集めが多く、また整備員の増強がなかったために搭乗員自ら整備・燃料補給を行うなど、完全に充足した部隊ではなかった。それでも、日本海軍陸戦隊5000名の上陸を撃退するには十分な兵力だった。
ミッドウェー海戦 アメリカ軍の対応
ハワイの情報隊は、日本海軍のミッドウェーへの攻撃が6月3日から5日までに行われることを事前に察知し、日本側が陽動作戦として計画していた、空母龍驤と隼鷹を中心とする部隊をアリューシャン方面に向かわせてアッツ島、キスカ島などを占領、ダッチハーバーなどを空爆する作戦も陽動であることを事前に見抜いており、ニミッツ大将はこれらの情報に基づいて邀撃作戦計画を立案した。日本軍の兵力は大きく、ニミッツ大将の指揮下にある使用可能な戦力を全て投入しても対抗するためには不足が大きかった。したがって、アリューシャン・アラスカ方面には最低限の戦力を送るにとどめ、主力をミッドウェーに集中することにした。
アメリカ軍の作戦計画は5月28日に『太平洋艦隊司令長官作戦計画第29-42号』として発令され、内容は、第1に敵を遠距離で発見捕捉して奇襲を防止、第2に空母を撃破してミッドウェー空襲を阻止、第3に潜水艦は哨戒及び攻撃、第4にミッドウェー島守備隊は同島を死守などというものであった。
5月28日に作戦計画を発した時点で、ニミッツ大将が投入を期待できる空母は2隻のみだった。サラトガは日本海軍潜水艦の攻撃で損傷して修理を要する状態にあり、第17任務部隊（TF-17）の2隻は珊瑚海海戦で大打撃を受けていた。
フレッチャー少将の第17任務部隊は、珊瑚海海戦においてポートモレスビー防衛を成功させ、日本海軍の軽空母1隻（祥鳳）を撃沈。主力空母（翔鶴）にもダメージを与えたものの、自身も主力空母レキシントンを失い、ヨークタウンが中破していた。ヨークタウンへの命中は爆弾1発のみであったが、排煙経路を破壊される重大損傷で、機関からの燃焼煙を正常に排出できずボイラーが出力を上げられず、速力が24ノットに低下。また、2発の至近弾で左舷燃料タンクから燃料が漏れ出していた。特に珊瑚海海戦では艦隊付属の油槽船ネオショーを失い、この燃料漏れは海上での立ち往生になりかねなかった。
ニミッツ大将は、日本軍の侵攻に備えて太平洋南西部よりフレッチャー少将の第17任務部隊をハワイに呼び戻した。途中で何とか燃料を補給できたヨークタウンは5月27日に真珠湾に到着、直ちに乾ドックに入れられて突貫の応急修理工事が実施された。特に燃料タンクの損傷については、アメリカ西海岸のワシントン州ブレマートン港にて長期の修理を行う必要があるとの見通しがあったが、ハワイでの72時間の不眠不休の作業によって、空母としての機能を取り戻し、5月30日に乾ドックを出た。出撃時、艦には修理工が乗ったままであり、戦場へ向かって航行中も修理が続けられた。この応急修理について、乗組員は「いいかげんな間に合わせ」と評している。ヨークタウンを母艦とする第5航空群は珊瑚海海戦で損耗していたので、修理のために本国に戻るサラトガの第3航空群と入れ替えられた。これで、当時のアメリカ海軍太平洋艦隊が投入できる空母戦力の全てがミッドウェーの戦いに参戦する形が整えられた。
もしニミッツ大将が準備できた空母が、第16任務部隊のエンタープライズ、ホーネットの2隻のみであった場合、戦いの様相もまた違っていた可能性は高い。前述にもあるが、日本側はアメリカ海軍の太平洋における戦闘可能空母をこの時点で正規空母2-3隻、軽空母2-3隻と見積もっており、ワスプや軽空母が出現することはあっても、珊瑚海海戦で中破したヨークタウンがミッドウェー作戦に間に合うとは想像だにしていなかった。
ミッドウェー海戦 戦闘の経過
1942年5月28日、アメリカ海軍太平洋艦隊司令長官発の作戦計画に従い、エンタープライズ、ホーネットを基幹とする第16任務部隊（TF-16）が真珠湾を出撃し、続いて5月30日には第17任務部隊（TF-17）も基幹となるヨークタウンの緊急修理の完了を待つ形で真珠湾を出撃。死守命令を受けたミッドウェー島守備隊を助けるため一路ミッドウェー島を目指し、来襲する日本軍を待ち構えた。
ミッドウェー海戦 戦闘の経過
1942年（昭和17年）5月27日（日本の海軍記念日）、南雲忠一中将率いる第一航空戦隊（赤城、加賀）、第二航空戦隊（飛龍、蒼龍）を中心とする第一航空艦隊が広島湾柱島から厳重な無線封止を実施しつつ出撃した。5月28日、ミッドウェー島占領部隊輸送船団が水上機母艦千歳、駆逐艦親潮、黒潮と共にサイパンを出航した。海軍陸戦隊（大田実少将）と設営部隊、陸軍からは一木清直陸軍大佐率いる陸軍一木支隊が乗船していた。船団は第二水雷戦隊（旗艦：軽巡洋艦神通）他に護衛され北上した。5月29日、連合艦隊司令長官山本五十六大将が直卒する主力部隊も広島湾柱島を出撃した。三和義勇大佐（連合艦隊作戦参謀）は「今は唯よき敵に逢はしめ給えと神に祈るのみ。敵は豪州近海に兵力を集中せる疑あり。かくては大決戦は出来ず。我はこれを恐れる」「長官から兵にいたるまで誰一人として勝利についていささかの疑問をいだく者はいない。戦わずして敵に勝つの概ありと言うべきか」と日記にしたためている。
ミッドウェー海戦 戦闘の経過
5月30日、日本輸送部隊付近の米潜水艦がミッドウェーに長文の緊急電を発信し、日本はこれを傍受した。宇垣連合艦隊参謀長は、輸送部隊を発見して報告するものとすれば、敵が備えるところとなり、獲物がかえって多くなると考えた。また、宇垣は、アメリカ軍の緊急交信が従来の例を見ず、ミッドウェーに向かっていることがばれている可能性もあるが、いずれにせよ変更はしないと考えた。連合艦隊が何の対応も取らなかったことはこれ以上なく悔やまれることで、南雲艦隊に空襲を中止させ、米機動部隊を撃滅する方法もあったという意見もある。
6月4日夜、主力部隊旗艦大和の連合艦隊司令部敵信班はミッドウェー島付近で敵空母らしい呼び出し符号を傍受した。山本は、直ちに南雲機動部隊に通報するよう参謀に伝えた。だが「無線封鎖を破れば敵に位置を知られる」「一航艦が搭載機の半数をもって反撃に備えている」「南雲機動部隊の方が近く同じく傍受したはず」という判断から見送られた。連合艦隊首席参謀黒島亀人大佐は、山本長官が一航艦に知らせるかと尋ねたとき知らせないよう具申したのは、自分の大きな失敗の一つであると話している。連合艦隊航空参謀佐々木彰中佐によると、山本長官はすぐ赤城に知らせてはと注意されたので幕僚が集まって研究したが、結局長官に申し上げて赤城に打電しないこととした。しかし南雲機動部隊は傍受しておらず、予定どおりに作戦を続けた。
ミッドウェー海戦 戦闘の経過
日本時間6月3日午前10時30分、南雲機動部隊は深い霧の中で混乱し、旗艦赤城は飛龍、蒼龍と2戦艦（榛名、霧島）の艦影を見失った。飛龍と霧島は衝突しかけたので、司令部では無電を使用するかどうか議論があったが、長波無電を使用して艦隊の針路を定めた。無線の使用によりアメリカ軍が南雲部隊の行動を察知したという説が日本側にあるが、アメリカ軍側にこの通信を傍受した記録はない。6月4日午前3時37分、南雲部隊は補給隊と駆逐艦秋雲を分離した。午前10時25分、南雲司令部は各艦に「敵情に応じ行動に変更あるやも知れず」とし、制空隊の集合や収容に注意するよう通達を出している。午後4時30分、赤城と利根がアメリカ軍機らしき機影を発見すると、赤城から3機の零戦が発進して迎撃に向かった。南雲機動部隊は、誤認の可能性が高いと判断している。午後11時30分、赤城は雲間にアメリカ軍機を発見して総員を戦闘配置につけたが、その後は平穏に過ぎた。赤城では日本軍輸送船団が爆撃を受けた（後述）ことを知り、またアメリカ軍索敵機を撃墜できなかったことでミッドウェー基地に対する奇襲効果が失われたことを悟ったが、米空母が出撃してきていることには考え至っていなかった。
ミッドウェー海戦 戦闘の経過
アメリカ軍は5月30日以降、ミッドウェー島基地航空隊の32機のPBYカタリナ飛行艇による哨戒が行われていた。6月2日、フランク・J・フレッチャー少将の第17任務部隊とレイモンド・スプルーアンス少将の第16任務部隊がミッドウェー島の北東で合流。この合流した機動部隊の指揮はフレッチャー少将がとることになった。6月3日 (09:00)、カタリナ飛行艇1機（ジャック・リード少尉機）が日本軍輸送船団と護衛の第二水雷戦隊を発見する。(12:30)、ミッドウェー島から第7陸軍航空部隊分遣隊のB-17爆撃機9機（指揮官：ウォルター・スウィーニー中佐）が発進、攻撃に向った。日本時間6月4日午後1時（現地時間6月3日16:23）、船団を発見したB-17部隊は爆撃を開始し、戦艦、空母、輸送船など、多数の艦艇撃破を報告した。実際は輸送船あるぜんちな丸、霧島丸が至近弾を受けたのみで損害もなかった。
ミッドウェー海戦 戦闘の経過
（現地時間6月3日21:30）、オアフ島から増援されたPBYカタリナ飛行艇4機（指揮官：チャールズ・ヒッパード中尉）が魚雷を積んで出撃する。（現地時間6月4日01:15）レーダーで船団を発見 (01:43) し、雷撃を開始した。夜間だったので完全な奇襲になり、輸送船清澄丸が機銃掃射され、あけぼの丸に魚雷1本が命中し戦死者11名が出たが、両船とも航行に支障はなかった。この時、船団を護衛すべき第七戦隊（栗田健男少将）の重巡洋艦4隻（熊野、鈴谷、三隈、最上）は船団を見失って離れた地点にいた。これは栗田少将のミスというより田中頼三少将（船団指揮官・第二水雷戦隊司令官）の判断により、輸送船団が予定航路から北100海里地点を航行していたからである。
ミッドウェー基地からの艦隊発見の報を受け、米太平洋艦隊司令部は、B-17が攻撃した艦隊は敵主力機動部隊にあらずと判断し、第16・17両任務部隊に日本軍機動部隊と間違えて攻撃に向わないよう緊急電を打った。フレッチャー司令官も同じ判断を下し、行動を行わなかった。午後4時50分 (19:50) には予想迎撃地点に向けて南西に進路を変更している。この段階では、フレッチャーとスプルーアンスも南雲機動部隊の位置を把握していなかった。
ミッドウェー海戦 戦闘の経過
「軍艦加賀戦闘詳報」によれば、日の出は日本時間6月5日午前2時（現地時間6月4日05:00）、日没は午後4時 (19:00) 頃、南雲機動部隊上空の天候は曇り、雲量8、雲高500から1000であった。
日本時間6月4日午後10時30分（現地時間6月4日1:30）、米空母では航空機搭乗員に朝食が出され、その後、出撃待機となり命令を待った。一時間後、搭乗員整列が下令、艦長や航空群司令からの指示や注意事項が通達された。日本時間6月5日午前1時15分 (04:15)、ミッドウェー基地からPBY飛行艇による哨戒隊、15分後には第17任務部隊の空母ヨークタウンからSBD ドーントレス爆撃機からなる偵察隊が航空偵察に出撃した。ウォリィ・ショート大尉の隊は、日本軍水上偵察機1機と交戦したと報告した。この時点で南雲機動部隊は、ヨークタウンから西方200海里を航行している。
ミッドウェー海戦 戦闘の経過
日本時間6月5日午前1時30分 (04:30)、南雲機動部隊はミッドウェー空襲隊（友永丈市大尉指揮:零式艦上戦闘機36機、九九式艦上爆撃機36機、九七式艦上攻撃機36機、合計108機）を発進させた。本来ならば淵田中佐が総指揮官として出撃するはずだったが、淵田は虫垂炎による手術を行ったばかりで出撃できなかった。源田実航空参謀も風邪により熱を出していた。日本軍は「敵空母を基幹とする有力部隊附近海面に大挙行動と推定せず」という方針の元に攻撃を開始する。近藤中将の攻略部隊（第二艦隊）がミッドウェー島に上陸する日は6月7日と決定されており、南雲機動部隊はそれまでにミッドウェー基地の戦闘力を奪わなければならなかった。奇襲の成立が前提にあり、空襲の攻撃主目標は地上・上空の飛行機、副目標が滑走路、航空施設、防空陣地であった。源田実参謀によれば、滑走路が副目標であるのは支那事変（日中戦争）の戦訓から長期間使用不能にすることが困難であるから、また艦爆が対空砲火による被害が大きいことも支那事変でわかっていたが命中率の良さから採用し、800キロ爆弾は開戦後の経験から陸上攻撃に大きな効果があることが分かっていたため採用したという。
ミッドウェー海戦 戦闘の経過
各空母からの発艦機数は、赤城から零戦9機、九九艦爆18機、加賀から零戦9機、九九艦爆18機、蒼龍から零戦9機、艦攻18機（800キロ爆弾装備）、飛龍から零戦9機、艦攻18機である。このうち、飛龍艦攻1機（赤松作 飛特少尉）が故障で引き返している。四空母に残った戦力は、零戦36（各艦9）、艦爆36（飛龍18、蒼龍18）、艦攻41（赤城17、加賀26）であった。一航戦の艦攻には航空機用魚雷、二航戦の艦爆には250キロの通常爆弾が装着され、各空母格納庫で待機。アメリカ側記録には、二航戦はセイロン沖海戦の戦訓を踏まえ陸上攻撃・艦船攻撃どちらでも対応できるようにするため未装備状態だったとする意見もある（何れのアメリカ側記録資料、研究者によるかは不明）。
ミッドウェー海戦 戦闘の経過
また偵察機とて赤城 、加賀から九七式艦攻各1機、重巡洋艦利根、筑摩から零式水上偵察機各2機、戦艦榛名から九五式水上偵察機が発進した。索敵機の発進は日の出の30分前、午前1時30分と定められていた。だが第八戦隊司令官阿部弘毅少将の判断で利根は対潜哨戒につく九五式水上偵察機の発艦が優先された。このため筑摩機は (04:35) 午前1時35分（第5索敵線）、(04:38) 午前1時38分（第6索敵線）に零式水上偵察機が発進、(04:50) 午前1時50分に対潜哨戒機発進。利根は (04:38) 午前1時38分に対潜哨戒機、(04:42) 午前1時42分（第3索敵線）、(05:00) 午前2時（第4索敵線）にそれぞれ水偵が発進した。戦闘詳報には「利根、筑摩とも出発著しく遅延す」「筑摩6号機は天候不良のため午前3時35分に引き返せり」という記載がある。
筑摩の遅れは、機長兼飛行長の黒田信大尉によれば、待機していたが艦長から発艦命令がなかったので催促したという。艦長の古村啓蔵大佐によれば、発艦が遅れた理由は思い出せないが催促されて判断し発艦させたという。利根の遅れは、通信参謀矢島源太郎と飛行長武田春雄によれば、射出機の故障は記憶になく、大きく遅れた感じはなかったという。第八戦隊首席参謀土井美二中佐によれば、なにか滑走車のピンが抜けた入らないで騒いでいた気がするという。
ミッドウェー海戦 戦闘の経過
最後に各空母より零戦1個小隊3機が直掩（援）のため出撃した。このうち、加賀の零戦1機が故障のために飛び立てず合計11機となる。そして南雲艦隊は針路を再びミッドウェー島に向け進撃を開始した。午前2時20分 (05:20)、南雲長官より「敵情に変化なければ第二次攻撃は第四編成（指揮官加賀飛行隊長）をもって本日実施予定」という信号が送られた。これは米艦隊が出現しないことが明確になった時点で兵装を対地用に変更し、ミッドウェーを再空襲することを予令として通知したものである。仮に第二次攻撃隊が出撃すると、南雲機動部隊に残された航空兵力は各空母零戦3機となるはずだった。一方で、複数の関係者からこの予令が存在しない旨の証言がある。（「#資料の問題」節を参照）
ミッドウェー海戦 戦闘の経過
午前2時15分 (05:15) 頃、アディ大尉が操縦するPBYカタリナ飛行艇は日本軍零式水上偵察機（利根4号機）を発見、近くに日本艦隊がいると判断した大尉は付近を捜索した結果、15分後に南雲部隊を発見して「日本空母1、ミッドウェーの320度、150浬」と平文で報告した。日本側もPBY飛行艇を発見し、警戒隊の軽巡洋艦長良から、続けて戦艦霧島から敵機発見を知らせる煙幕があがった。南雲機動部隊は直掩（援）零戦隊を発進させ始めたが、アメリカ軍飛行艇は雲を利用して回避しつつ接触を続け、零戦隊はとうとうアディ大尉のPBY飛行艇を撃墜できなかった。午前2時40分 (05:40)、アディ大尉機と同じ針路を遅れて飛んでいたチェイス大尉のPBY飛行艇もミッドウェー空襲隊を発見・報告した。アメリカ軍偵察機が南雲部隊発見を通報した無電はミッドウェー基地や南雲部隊などには傍受されたが、第16・17任務部隊には混線したため内容が把握できなかった。両部隊が内容を把握できたのはPBYからの続報を元にして、(06:03) にミッドウェー基地が打電した平文の緊急電を傍受してからである。この平文電報は赤城でも傍受している。
ミッドウェー海戦 戦闘の経過
空襲が予想されるミッドウェー基地では、午前3時 (06:00) に迎撃の戦闘機としてF2Aブリュースター・バッファロー戦闘機20機、F4Fワイルドキャット戦闘機6機が出撃し、続いてTBFアベンジャー雷撃機6機、B-26マローダー爆撃機4機、SB2Uビンジゲーター急降下爆撃機12機、SBDドーントレス急降下爆撃機16機からなる混成攻撃隊が南雲部隊へ向けて発進した。基地には予備のSB2U 5機及びSBD 3機が残された。午前3時7分 (06:07)、ミッドウェー基地経由で日本軍空母発見の報告を受けたフレッチャー少将は直ちに行動を開始すると、エンタープライズのスプルーアンスに対して攻撃を命令した。アメリカ海軍の3空母は直ちに出撃準備を開始、スプルーアンスはエンタープライズとホーネットの攻撃隊発進を午前4時 (07:00) と指定した。
ミッドウェー海戦 戦闘の経過
午前3時16分 (06:16)、ミッドウェー基地上空の米軍戦闘機隊は艦攻、艦爆、戦闘機隊の順で進撃して来る日本軍攻撃隊（友永隊）107機を発見する。戦闘はカタリナ飛行艇の吊光弾投下と米軍機の奇襲で始まり、先頭の友永隊長機を始め艦攻多数が被弾、直後に零戦隊が逆襲に転じて戦闘機同士の制空戦となった。約15分の空中戦は日本側の勝利に終わる。迎撃したバッファロー20機のうち13機、ワイルドキャット6機のうち2機が撃墜され、帰還したバッファロー5機、ワイルドキャット2機が使用不能となった。アメリカ軍の妨害を排除した日本軍攻撃隊は、午前3時30分 (06:30) から午前4時10分 (07:10) にかけて空襲を実施した。映像撮影のため派遣されていた映画監督のジョン・フォードなどが見守る中、重油タンクや水上機格納庫、戦闘指揮所、発電所、一部の対空砲台を破壊し基地施設に打撃を与えたが、滑走路の損傷は小さく、死傷者も20名と少なかった。九九艦爆の搭乗員は、飛行機のない滑走路を爆撃して虚しい思いをしたと回想している。日本軍攻撃隊は、アメリカ軍戦闘機41機撃墜確実・9機不確実を主張し、艦攻5機、艦爆1機、零戦2機を失った。残る機も相当数が被弾しており、艦攻16、艦爆4、戦闘機12（修理不能2）が損傷した。友永大尉機も被弾によって無線機が使用不能となり、小型黒板を通じて二番機に中継代行をさせている。アメリカ軍側は空中戦で日本軍機40-50機を撃墜・地上砲火で10機撃墜を主張し、バッファロー13機、ワイルドキャット2機を失い、残る戦闘機も被弾して出撃可能機は2機となった。また、帰途につく艦攻隊に最初の空戦で海面に不時着した艦航隊第二中隊長機菊池六郎中隊長以下3名がゴム筏の上でマフラーを振っているのが発見され非常食が投下されたが、その後の戦況のため救助されることはなかった。
ミッドウェー海戦 戦闘の経過
攻撃の成果が不十分と判断した友永大尉は午前4時 (07:00)、南雲機動部隊に対し「カワ・カワ・カワ（第二次攻撃の要あり）」と打電して第一次攻撃隊の攻撃は不十分であることを伝えた。ミッドウェー基地攻撃中の午前3時49分 (06:49)、筑摩の4号機が天候不良のため引き返すと報告（受信午前3時55分）。午前3時55分 (06:55)、利根の1号機から「敵15機わが艦隊に向け移動中」という報告を受け、更に零戦6機を直掩に加えた。アメリカ軍側の記録によれば、ヨークタウンから発進した10機の索敵機である。同じく四空母に分乗している第六航空隊の零戦21機を使用できるよう準備を指示している。直掩隊は弾薬と燃料補給のため頻繁に着艦・交替を繰り返したので、飛行甲板に艦攻や艦爆を並べることができなかった。
ミッドウェー海戦 戦闘の経過
日本軍空襲隊（友永隊）がミッドウェー島を攻撃していた頃、南雲機動部隊は「0400に至り敵第一次攻撃あり、その後0730頃迄殆ど連続執拗なる敵機の襲撃を受ける」というようにアメリカ軍機の継続的な空襲に悩まされていた。午前4時5分 (07:05)、重巡洋艦利根はアメリカ軍重爆撃機10機を発見する。アメリカ軍攻撃隊の正体は、ミッドウェー基地から発進したTBFアベンジャー雷撃機6機（フィバリング大尉）と、爆弾の代わりに航空魚雷を抱えたB-26マローダー双発爆撃機4機（コリンズ大尉機）だった。シマード大佐（ミッドウェー司令官）が友永隊の迎撃に全戦闘機を投入してしまったので、彼らは戦闘機の護衛なしに進撃してきたのである。赤城と利根が発砲し、直掩の零戦10機が迎撃する。アベンジャー6機のうち3機は直掩機により撃墜され、残り2機も投下後に撃墜、アーネスト中尉機だけが生還した。赤城はアメリカ軍の魚雷を全て回避した。被害は機銃掃射で赤城三番高角砲が旋回不能（30分後に修理完了）、砲員に負傷者が出たほか、両舷送信用空中線が使用不能となり、赤城（旗艦）の通信能力に支障が生じた。赤城を狙ったB-26隊は魚雷2-3本命中を主張しているが、実際には回避されている。B-26は2機が撃墜され、生還した2機もひどく損傷して放棄された。
ミッドウェー海戦 戦闘の経過
ミッドウェー基地から発進したアメリカ軍陸上機による空襲は、ミッドウェー島の基地戦力が健在である証拠であった。友永隊の報告をふまえ、南雲中将はミッドウェー島基地への再空襲を決定する。近藤信竹中将の率いるミッドウェー攻略部隊（第二艦隊）の上陸開始は6月7日と決定されている。それまでにアメリカ軍基地航空戦力を壊滅させなくてはならなかったからである。午前4時15分 (07:15)、南雲司令部は各艦で待機中の攻撃隊に対し、「本日航空機による攻撃を実施する為第二次攻撃隊を編成せよ。兵装は爆装に転換（0415通達、第二次攻撃隊本日実施、待機攻撃隊爆装に換え）」と通知し、陸上攻撃用爆弾への換装を命じた。アメリカの研究調査によれば第二航空戦隊（飛龍、蒼龍）に対しては特に兵装転換の指示は出されず、爆装しない状態で待機中だったとの意見もある（但しどの記録資料か、誰の研究かについては明記がない）。海戦前に飛龍で行われた実験では、魚雷から爆弾への転換に1時間半から2時間かかっている。燃料補給と弾薬補給を求める直掩戦闘機が着艦するため飛行甲板を開けねばならず、兵装転換作業は各空母格納庫で行われた。
ミッドウェー海戦 戦闘の経過
その頃、アメリカ海軍第17任務部隊の指揮官フレッチャー少将は、ミッドウェー基地航空隊の活躍によって南雲機動部隊の位置をほぼ特定することに成功し、攻撃するタイミングをうかがっていた。午前3時7分 (06:07)、フレッチャー少将はスプルーアンス少将に「南西に進み、敵空母を確認せば、それを攻撃せよ」と命じ、これを受けたスプルーアンス少将は午前4時 (07:00) 過ぎに攻撃隊発進を命令、第16任務部隊は次からなる117機の攻撃隊を発進させた。
しかし午前4時28分 (07:28) に日本軍の偵察機が艦隊上空に現れたことから、スプルーアンス少将は全機を飛行甲板に並べて一気に発艦させるのを待たず、出撃準備ができた飛行隊から逐次発艦、攻撃に向かわせた。中には戦闘機隊の護衛なしの攻撃隊もあったものの、結果的に、このスプルーアンス少将の決断が勝因の一つになる。
また、日本軍の空母4隻全ての所在を確認した第17任務部隊（フレッチャー少将）も、警戒のために出していた偵察機（当日はヨークタウンが警戒担当）の収容を終えた後の午前5時30分 (08:30) に、次からなる35機の攻撃隊を発進させた。
ミッドウェー海戦 戦闘の経過
ヨークタウンは (09:05) に攻撃隊を発進させると、すぐにウォリー・ショート大尉のSBD爆撃機17機（VB-5）、戦闘機6機を甲板に並べ、発進準備を行った。また米潜水艦ノーチラスは日本戦艦を雷撃したあと、午前6時10分 (09:10) に「敵巡洋艦（駆逐艦嵐）を雷撃するも命中せず、爆雷6発で攻撃される」と日誌に記録したが、誰にも報告しなかった。
ミッドウェー海戦 戦闘の経過
午前4時28分 (07:28)、利根の4号機（機長は偵察員の甘利洋司 一等飛行兵曹、操縦員は鴨池源 一等飛行兵、電信員は内山博 一等飛行兵）は赤城の南雲機動部隊司令部に対して「敵らしきもの10隻見ゆ、ミッドウェーより方位10度、240浬 （南雲機動部隊から200浬）」と発信した。草鹿参謀長によれば、利根4号機の報告を南雲司令部のある赤城が受信したのは午前5時 (08:00) ちょうどと述べている。一方、戦闘詳報（功績調査用に書き直されたもの）では、午前4時45分 (07:45) に魚雷から陸用爆弾への兵装転換を一時中断したとあり、南雲司令部は発信から約10分後に受信したという意見もある。この位置報告はずれており、実際の米艦隊の位置は160kmも南であった。新規に搭載した機体だったので、コンパスの自差修正ができず、コンパスに10度のずれがあったからだという意見もある。この位置情報の錯誤は南雲の判断に極めて重大な影響を及ぼした。一航艦航空参謀吉岡少佐によれば、この報告を受けた際の南雲司令部は特に動揺もなく平静だったという。しかし発着指揮所から様子を聞いていた淵田中佐によれば、予期せぬ米艦隊発見報告に南雲司令部は興奮していたという。利根機の報告を受け、参謀長の草鹿龍之介少将は、敵空母が付近にいると感じたものの「敵らしき」だけでは命令の変更には不十分であり、「艦種知らせ」と指示した。しかし利根4号機は鈍足の零式水上偵察機であり、敵が空母であれば直掩機もいるので敵への接近は容易ではなかった。また、利根4号機からの電報を受ける前、あるいは受けた直後、第二航空戦隊司令官山口多聞少将が「本朝来種々の敵機来襲にかんがみ、敵機動部隊出撃の算あり。考慮せられたし」という信号文を赤城に送ったという主張もある。午前4時47分 (07:47)、南雲司令部は「艦種を確かめ触接せよ」と利根4号機に命令した。
ミッドウェー海戦 戦闘の経過
なお、利根の4号機が米艦隊の位置を報告する前、筑摩1号機（機長：黒田信大尉/筑摩飛行長）が米軍機動部隊上空を通過していたが、雲の上を飛んでおり米艦隊を発見できなかった。さらに、アメリカ艦載機と接触しながらこれを報告しなかった。
ミッドウェー海戦 戦闘の経過
利根の4号機からの返信を待つ南雲機動部隊に、新たなアメリカ軍航空隊が接近していた。日本時間午前4時53分 (07:53)、戦艦霧島から敵機発見を意味する煙幕が展開され、ヘンダーソン少佐が指揮するミッドウェー基地のアメリカ海兵隊所属SBD ドーントレス爆撃機16機が艦隊上空に到達した。午前4時55分 (07:55)、同隊は日本軍直掩機（零戦）の迎撃を受けヘンダーソン機以下6機が撃墜され、なおも空母飛龍と蒼龍を空襲するも命中弾を得られず、ヘンダーソン隊長機を含む合計8機を失った。ヘンダーソン戦死後に攻撃隊を率いたエルマー・G・グリデン大尉は、航行する日本空母の甲板に日の丸が描かれており容易に見分けられたと述べている。アメリカ軍側は飛龍に命中弾2、加賀に命中弾3を主張しているが、命中した爆弾は1発もない。アメリカ軍機の攻撃は続いた。午前5時10分 (08:10)、B-17爆撃機17機（スウィニー中佐指揮）による空襲が行われ、赤城、蒼龍、飛龍が狙われたが損害はなかった。攻撃したB-17隊も無傷だったが、空母に直撃弾1、不確実1発を主張している。1機のB-17乗組員達は基地に戻ると、彼らの爆撃が日本艦隊を撃破したと主張した。最後に海兵隊のSB2Uビンディケーター爆撃機11機（ノリス少佐）による空襲が行われた。この隊は零戦の防御網をくぐり抜けて空母を狙うのは困難と判断し、戦艦榛名を狙った。直掩機の迎撃で1機を失い、2機が燃料切れで不時着、直撃弾2発を主張したが、榛名は無傷だった。日本軍の戦闘詳報は「0510:赤城、飛竜ニ爆弾命中スルヲ認ム（誤認）」、「敵飛行機、蒼竜（原文ママ）ニ急降下、利根（水偵）揚収」、「加賀後方ニ爆弾投下命中セズ」、「赤城左120及500mニ爆弾2個弾着スルヲ認ム」、「利根左100及4000mに爆弾投下、蒼竜飛竜、盛ニ発砲、蒼竜周囲ニ猛烈爆弾投下」、「赤城後方ニ爆弾投下、命中セズ」、「敵飛行機10機、榛名ニ対シ急降下、爆弾投下命中セズ」など、断続的に空襲を受けていることを記録している。ニミッツ提督は「ミッドウェー基地隊は日本軍艦艇10隻に損傷を与え、1-2隻を沈めたかもれないが阻止に失敗し、基地隊主戦力は失われた」とキング大将に報告した。この後、ミッドウェー基地航空隊はSB2U 5機、SBD 6機で夜間攻撃に出撃したが会敵せず、SB2U 1機を事故で喪失した。
ミッドウェー海戦 戦闘の経過
日本時間午前5時 (08:00) から午前5時30分 (08:30) にかけて、ミッドウェー基地を攻撃した日本軍攻撃隊（友永隊）が南雲部隊上空に戻ってきた。ちょうどアメリカ軍ミッドウェー基地航空隊が南雲機動部隊を攻撃している最中であり、日本軍攻撃隊は母艦上空での待機を余儀なくされている。赤城からは護衛の駆逐艦が友永隊を誤射する光景が見られ、後に着艦した千早大尉（赤城艦爆隊）と山田大尉（赤城艦戦隊）は友軍に激怒している。混乱した状況下、南雲中将は利根4号機に対し「敵艦隊の艦種知らせ」と命じた。すると午前5時20分 (08:20) ごろ、「敵兵力は巡洋艦5隻、駆逐艦5隻（0509発信）」という報告があった。この段階での南雲司令部は、アメリカ軍空母が存在するという確証を持っていない。しかし、午前5時30分 (08:30)、「敵はその後方に空母らしきもの一隻を伴う。ミッドウェー島より方位8度、250浬（発午前5時20分）」との打電が入った。この空母はホーネットである。偵察機からの通信は、母艦側の受信と暗号解読により10分の差が生じている。
ミッドウェー海戦 戦闘の経過
草鹿龍之介参謀長は「予想していなかったわけではないが、さすがに愕然とした」と述べている。南雲司令部は米艦隊の正確な情報を知る必要に迫られた。南雲司令部は山口少将に対し、空母蒼龍に2機だけ配備されていた試作高速偵察機十三試艦上爆撃機（艦上爆撃機彗星の試作機）の投入を命じ、同機はただちに発進した。この偵察機の最高速度は約519km/h、巡航速度約426km/h。利根4号機などの零式水上偵察機は最高速度367km/h、アメリカ海軍の主力戦闘機F4Fワイルドキャットの最高速度は514km/hである。十三試艦爆は当時のアメリカ軍戦闘機の追撃を受けても十分退避可能なので、敵艦隊により接近して艦種、数を確認することが期待できた。
ミッドウェー海戦 戦闘の経過
偵察に出発した十三試艦爆と入れ替わるようにミッドウェー島の攻撃を終えた蒼龍攻撃隊が艦隊上空に戻ってきた。この時第二航空戦隊（飛龍、蒼龍）を率いていた山口少将は、一刻を争う状況と判断して、駆逐艦野分を中継し、あらゆることを放棄し、現装備の陸用爆弾のままですぐに攻撃隊を発進させるように、南雲長官に進言した。文面には諸説ある。一説には「直チニ攻撃隊発進ノ要アリト認ム」だったとされる。一航艦航空参謀だった源田中佐、一航艦信号員だった橋本広、「日映」特派員として従軍していた司令部付の牧島貞一記者が証言している。第二航空戦隊通信参謀だった安井真二少佐によれば、「攻撃隊ヲ」の形で山口自ら起案し（普通は起案は参謀に任せる）、発信するように二航戦航空参謀の橋口喬少佐に指示したという。赤城の発着指揮所で一航艦司令部の様子を伝聞していた淵田中佐も「攻撃隊ヲ」の形で証言している。一方で、「現装備ノママ直チニ攻撃隊ヲ発進セシムルヲ至当ト認ム」という説もある。一般的にこの進言は「〜の要ありと認む」と記されるが、飛龍の掌航海長だった田村士郎兵曹長によれば、山口少将から発信の指示を田村が直接受けたとして、文面は「現装備ノママ〜」「〜至当ト認ム」であり、南雲長官が雷装準備が完了するまで出撃を引き伸ばさないよう促しているという。
ミッドウェー海戦 戦闘の経過
進言時点で第二次攻撃隊は出撃の準備態勢に入っており、発進は可能だった。ただ、この時点で赤城・加賀の攻撃隊は陸上攻撃用の兵装転換はまだ終えていない。草鹿参謀長、源田参謀の証言では、すぐに発艦準備に入れるものは第二航空戦隊の艦爆隊だけだったという。一方、淵田中佐による、敵艦隊発見報告時点で、第二次攻撃隊・九七艦攻の魚雷から陸用爆弾への転換がほぼ終わっていたという証言もある。
午前5時30分 (08:30)、赤城からの「艦爆隊二次攻撃準備、250キロ爆弾揚弾セヨ」との信令を受け、第二航空戦隊（飛龍、蒼龍）は二次攻撃に備え250kg爆弾の揚弾を開始する 。
各空母の状況に加え、偵察機の報告ではアメリカ軍機動部隊までの距離はまだ遠い（実際のアメリカ軍機動部隊はもっと近くにいた）ことも踏まえ、南雲司令部は幾つかの条件を検討した。
ミッドウェー海戦 戦闘の経過
南雲は山口の進言を却下。南雲は米機動部隊艦隊から攻撃を受ける前に兵装転換を行い、日本軍攻撃隊は発進可能と判断した。南雲の幕僚らによれば、戦闘機の護衛をつけずに攻撃隊を出す危険性や第一次攻撃隊を見捨てることへの懸念から帰還した第一次攻撃隊の収容を優先すべきと考えたという（詳細は「勝敗の要因」）。午前5時37分 (08:37)、各空母は日本軍ミッドウェー基地攻撃隊の収容を開始する。午前5時55分 (08:55)、「（第一次攻撃隊）収容終らば一旦北に向ひ敵機動部隊を捕捉撃滅せんとす」と命じた。同時刻、重巡洋艦筑摩から「水上偵察機、午前6時30分 (09:30) 発進予定」との報告がある。南雲には、第一航空戦隊（赤城・加賀）の艦攻（雷装）は午前7時30分 (10:30) 発進可能との報告、第二航空戦隊（飛龍、蒼龍）は午前7時30分 (10:30) から午前8時 (11:00) に発進可能との報告があった。
ミッドウェー海戦 戦闘の経過
午前5時45分 (08:45)、「更に巡洋艦らしきもの2隻を見ゆ（発信午前5時30分）」という利根4号機からの追加情報が入る。攻撃隊収容中の午前5時48分 (08:48)、利根4号機から帰投するという電報が届いた。阿部少将は第八戦隊「利根」、「筑摩」に交代の偵察機発進を命じると、利根4号機に「帰投まて」を命じた。零式水上偵察機の航続距離は通常10時間なので、まだ十分飛べると考えたからである。南雲も午前5時54分に無線方位測定で位置を把握するための長波輻射を利根4号機に命じた。だが利根4号機は午前5時55分 (08:55) に「敵攻撃機10機貴方に向かう」の通報のみを行い、輻射は行わなかった。
後方の戦艦大和で南雲機動部隊からの電報を受信していた山本五十六以下連合艦隊司令部は、予期せぬ米軍機動部隊が出現したことにたいして慌てなかった。宇垣纏参謀長は司令部の雰囲気が「さては敵の機動部隊の激撃なる、よき敵御座んなれ、第二次攻撃は速に之に指向に、先づ敵空母を屠り、残敵を如何に処分すべきかと楽観的気分に在り」と述べている。山本が黒島亀人先任参謀に「米艦隊への攻撃命令を出すか否か」を尋ねると、黒島は「南雲は兵力の半数を米空母機動部隊に対して準備しているから必要なし」と答え、連合艦隊司令部は何も発信しなかった。
ミッドウェー海戦 戦闘の経過
第一次攻撃隊の収容は午前6時30分 (09:30) までに完了したとされるが、蒼龍では午前6時50分頃までかかっている。南雲中将は連合艦隊（山本五十六長官）に米空母発見を知らせると、直ちに米空母攻撃へ向け準備を開始する。赤城では第一次攻撃隊の収容が終わると九七艦攻の雷装への復旧作業が開始された。この状況下、午前6時20分 (09:20) 頃にジョン・ウォルドロン少佐率いるホーネット雷撃隊TBDデヴァステイター雷撃機15機が日本の機動部隊上空に到達、日本側では赤城や筑摩が確認した。この時点で南雲機動部隊の直掩機は18機に減少していたが、直ちに加賀5機、赤城3機が迎撃に上がる。アメリカ軍攻撃隊は部隊毎に進撃したので連携が取れず、ホーネット雷撃隊は戦闘機の護衛のないまま赤城を狙った。一機の雷撃機は赤城の艦橋に接近して墜落し、草鹿参謀長は死を覚悟している。デヴァステイター隊は零戦により全機が撃墜され、不時着水した機体から脱出したジョージ・ゲイ少尉1人を除く隊員29名が戦死した。ゲイ機は蒼龍を雷撃して飛行甲板上を通過したが、魚雷は命中せず、直後に零戦に撃墜されたとされる。戦闘後の名誉勲章推薦状には「ホーネット雷撃隊は日本空母に魚雷を命中させ、日本の空母に最初に大打撃を与えた」とあり、後にホーネット隊は他の部隊から恨みを買うことになる。一方「ホーネット」の戦闘機隊と爆撃隊は雲で雷撃隊を見失い、南雲部隊も発見できなかった。戦闘機隊とドーントレス13機はミッドウェー基地へ向ったが、燃料切れでワイルドキャット全機とドーントレス3機が不時着水、残りのドーントレス20機はホーネットに帰艦した。
ミッドウェー海戦 戦闘の経過
午前6時37分 (09:37)、利根の4号機から「燃料不足のため帰投する（発午前6時30分）」と連絡が入る。阿部司令は午前7時 (10:00) まで接触を維持することを命じたが「我れ出来ず」との返答を受け、帰還を許可した。同時刻、利根の4号機と交代すべく筑摩の5号機が発進した。午前7時 (10:00)、蒼龍の十三試艦爆は索敵線上に米艦隊を発見できず、引き返した。これは前述のように、利根4号機が報告した米艦隊の位置が100km以上ずれていたためである。
午前6時50分 (09:50)、ユージン・リンゼー少佐率いるエンタープライズの雷撃隊14機が南雲部隊上空に到達した。通信不良と連携ミスにより10機のワイルドキャットはホーネット雷撃隊を護衛していたので、エンタープライズの雷撃隊を掩護できなかった。エンタープライズの雷撃隊は加賀を目標にするが9機を失い、帰還中の1機が着水、1機が帰還後投棄、残存3機だった。零戦1機撃墜と引き換えに隊長を含む29名が戦死する。その上、命中魚雷も得られなかった。戦闘機隊の連携ミスで護衛を受けられず多くの隊員を失ったことに生き残った隊員達は激怒し、帰還後に戦闘機隊隊員の控室に拳銃を持って怒鳴りこんだと同隊の戦闘詳報に記載されている。一方で、零戦の攻撃に積極性が見られず、度重なる発進、戦闘、着艦の連続で疲労がたまっていたという推測もなされている。
ミッドウェー海戦 戦闘の経過
午前7時10分 (10:10)、ランス・マッセイ少佐指揮のヨークタウン第3雷撃隊が南雲部隊上空に到達した。飛龍は他の3空母より前方を進み、雲の下を航行していたという。ヨークタウン雷撃隊12機は、突出した飛龍を挟撃すべく2個小隊（6機）にわかれると、攻撃を開始した。その上空では、戦闘機隊指揮官ジョン・サッチ少佐によって、彼の発案した対ゼロ戦空戦戦術サッチウィーブが初めて試されようとしていた。この時点でヨークタウン戦闘機隊は6機だけである。雷撃隊全てを護衛できずTBDデヴァステイター10機が撃墜され、帰還中の残りの2機も燃料切れで不時着水し全機損失、24名中21名（隊長含）が戦死、飛龍に魚雷5本を発射したが全て回避された。空母から出撃したTBDデヴァステイター雷撃機41機中、生き残ったのは僅かに3機のみという文字どおりの全滅となってしまった。だが15機の零戦に6機で挑み、損害1機に対し5機撃墜というアメリカ軍側記録はサッチ・ウィーブ戦法の有効性を証明し、米戦闘機隊隊員に自信を持たせたという。一方プランゲは「サッチ戦法はあまり効果がなかった。主任務である雷撃隊の掩護に関する限り、戦闘機隊は何の役にも立たなかった」と評している。生還した雷撃隊操縦者ハリイ・コールは、零戦24機に襲われたと証言している。コールの証言によれば、この時点でほとんどの日本軍直掩機がヨークタウン隊戦闘機隊と雷撃機隊に集中し、低空で戦っていたことになる。この時、駆逐艦嵐に救助されて捕虜になったヨークタウン隊雷撃機隊員が重大な情報を供述した（「#飛龍の反撃」参照）。
ミッドウェー海戦 戦闘の経過
その頃、クラレンス・マクラスキー少佐率いるエンタープライズの艦爆隊SBDドーントレス32機は日本の機動部隊を見つけられず、燃料消耗のために飛行範囲限界を迎えつつ、予想海域の周辺を捜索していた。マクラスキーは日本軍機動部隊が北方に退避すると推測し、変針しつつ捜索を続行する。午前6時55分 (09:55)、アメリカの潜水艦ノーチラスを攻撃したのち南雲機動部隊へ戻ろうとしている駆逐艦嵐を発見した。エンタープライズ艦爆隊は「巡洋艦」と報告する。嵐は午前6時30分に「敵潜水艦（注：ノーチラス）の雷撃を受け、直ちに爆雷攻撃するも効果不明」と報告していた。ただし嵐の戦友会は、空襲直前の日本時間午前7時 (10:00) の段階で、嵐は赤城の直衛で傍を離れていなかったと主張している。エンタープライズの艦爆隊は、眼下の日本軍駆逐艦（爆撃機隊は巡洋艦と判断）は空母部隊へ向かっているものと判断して北東進路上を索敵した結果、午前7時24分 (10:24) 頃、南雲機動部隊を発見した。この間、ドーントレス1機が不時着、1機が行方不明となったので、エンタープライズの艦爆隊は30機となった。
ミッドウェー海戦 戦闘の経過
日本時間午前7時22分（現地時間10:23）、マクスウェル・レスリー少佐率いるヨークタウン艦爆隊も戦場に到着する。こうして南雲機動部隊への空襲は、エンタープライズの艦爆隊とヨークタウンの艦爆隊の同時攻撃となった。日本側は先ほどのヨークタウン雷撃隊に対応して直掩零戦のほとんどが低空に降りており、さらに見張り員も雷撃機の動向や発艦寸前の直掩機に気をとられていたため発見が遅れ、「敵、急降下!」と加賀の見張り員が叫んだときにはすでに手遅れだった。
先陣を切ったのはマクラスキー少佐のエンタープライズの艦爆隊で、加賀を狙った。日本艦隊は急降下爆撃隊に気付かず、対空砲火も間にあわなかった。午前7時22-24分（10:22-24）、マクラスキー少佐率いる小隊の攻撃は至近弾だったが、続くギャラハー大尉機の投弾した4発目が飛行甲板後部に命中、続いて3発が短時間の内に命中した。なお加賀を攻撃したのはレスリー少佐と部下のヨークタウン艦爆12機と主張するアメリカ研究者もいる。
ミッドウェー海戦 戦闘の経過
午前7時25分 (10:24)、レスリー少佐のヨークタウンの艦爆隊17機がエンタープライズの艦爆隊に続く形で蒼龍へ攻撃を開始した。蒼龍は艦爆12-13機と記録。発艦直後のアクシデントでレスリー少佐を含む数機は爆弾を誤投下していたが、自ら先頭にたって「赤褐色の飛行甲板、右舷に小さな艦橋、その後方に直立煙突がある空母」へ機銃掃射をもって突入した。2番機ホルムベルク大尉機の爆弾は蒼龍の前部エレベーター前に命中し大爆発を起こし、大尉は発艦中の日本軍機が空中に跳ね飛ばされるのを見た。ヨークタウン艦爆隊は直撃弾5発、至近弾3発を主張しているが、実際の命中弾は3発である。後続のうち4機が目標を変更し、そばにいた艦艇を狙う。命中弾はなかったが、駆逐艦磯風の後部に至近弾となった。
ミッドウェー海戦 戦闘の経過
同時刻、エンタープライズの艦爆隊のうちベスト大尉率いる一隊は連携に失敗したので、ベスト大尉とクルーガー中尉とウェバー中尉、3機のみで旗艦赤城を狙った。赤城では直衛の零戦が着艦し、補給を行い、ふたたび発艦する瞬間だった。午前7時26分 (10:26)、直衛隊の零戦1機（木村惟雄 一等飛行兵曹）が赤城より発艦した時点で急降下がはじまった。木村一飛曹によると、加賀・蒼龍炎上直後、赤城上空の敵機が急降下に入ったところで、先頭のAⅠ-101号（戦闘機隊長機）の発動機が起動しており、整備兵がエンジンを回していた。同時に赤城が風に立ち始めたため指揮所に合図して隊長機に飛び乗り発艦し、高度50メートル付近で赤城を見ると、発艦前にいた位置に爆弾が落ち、2番機と思われる零戦が甲板前部で逆立ちになって炎上していた。他の飛行機は皆無であった、と回想している最初クルーガー中尉機の1弾は左舷艦首約10mに外れたが、続いてウェバー中尉機は至近弾1発そしてベスト大尉機は1発の爆弾が命中し、第二次攻撃隊準備機や爆弾・魚雷に誘爆して大火災が発生した。命中したのは飛行甲板三番リフト前方に命中した1発だけという艦橋勤務信号兵や従軍カメラマンの証言もある。そのほかに初弾は赤城艦首至近弾、二発目は艦橋付近命中、三発目は舵付近至近弾でこれが赤城の舵を損傷・固定させた原因、といった証言もある。発艦寸前だった零戦1機が爆風で赤城艦橋付近で逆立ちとなり、飛行甲板にいた淵田中佐も爆風により両足骨折の重傷を負った。エンタープライズ隊はドーントレス14機を失った。約6分間の出来事であったが、太平洋戦争のターニングポイントとなった。
ミッドウェー海戦 戦闘の経過
加賀は、艦橋近くの命中弾と燃料車の爆発により艦橋が破壊され、中の岡田次作艦長以下指揮官らが戦死した。午後1時23分 (16:23)、艦長に代わって鎮火の指揮をとっていた天谷孝久飛行長が総員退去を決め、乗組員は駆逐艦萩風、舞風に移乗した。なおも機を見て救出を行おうとしたが果たせず、午後4時25分 (19:25)、大爆発が2回起きた。加賀は艦首と艦尾が水平になりながら沈んだ。戦死者は閉じ込められた機関部員を含め800名弱で、航空機搭乗員では楠美正飛行隊長以下、機上・艦上合わせて21名が戦死した。
蒼龍は、3発の爆弾が命中し被害は最も深刻だった。被弾からわずか20分後の午前7時45分 (10:45)、総員退去が発令された。午後4時 (19:00) に火災の勢いが衰え、楠本幾登飛行長は防火隊を編成して再度乗艦の準備を始めた。直後、再度の爆発が起き、楠本飛行長は救出不可能と判断した。午後4時13分 (19:13) に沈没した。あえて艦内に残った柳本柳作艦長以下准士官以上35名、下士官兵683名、計718名が戦死した。搭乗員の戦死は機上・艦上合わせ10名で、江草隆繁飛行隊長以下、搭乗員の多くは浜風と磯風に救助された。
ミッドウェー海戦 戦闘の経過
赤城は、被弾した爆弾は1-2発程度で機関部へのダメージはなく、十分復旧可能であった。しかし、被弾による火災が兵装転換時に格納庫内に乱雑に置かれた爆弾、魚雷、航空機燃料へ次々と誘爆を起こし、大火災が発生した。さらに、被弾直後に雷撃機4機を発見し回避のため左舵をとったところ、舵が固定して動かなくなり洋上に停止した。赤城の南雲司令部は内火艇に乗り退艦、駆逐艦野分に移乗したあと軽巡洋艦長良に移った。直接長良に移乗したという牧島貞一従軍カメラマンや乗組員の証言もある。午前8時30分 (11:30)、南雲は長良に将旗を掲げた。青木泰二郎艦長は消火作業を続行させるが、再度の誘爆により、午後4時25分 (19:25) に総員退艦を命令した。赤城の処置をめぐって連合艦隊司令部では議論が交わされ、午後7時25分 (10:25)、山本長官は赤城の処分を中止させた。南雲は、木村進少将（第十戦隊司令官）に「長良で赤城を曳航できないか」と尋ねている。結局、6月6日午前1時50分（6月5日4:50）に処分命令が下り午前2時に第四駆逐隊の4隻（萩風・舞風・野分・嵐）が雷撃処分した。上記2隻と比べて赤城では機関部員が閉じ込められずに脱出できたので戦死者はそれらより少なく、准士官以上8名、下士官兵213名の計221名。搭乗員の戦死者は、機上・艦上合わせ7名である。淵田美津雄中佐、板谷茂少佐、村田重治少佐の3飛行隊長ら多くの搭乗員が救助された。
ミッドウェー海戦 戦闘の経過
飛龍は雲下にあり、またヨークタウン雷撃機の攻撃回避のため他の3隻の空母から離れており、アメリカ軍急降下爆撃機群の攻撃を受けなかった。
午前7時50分 (10:50)、一航艦の次席指揮官である第八戦隊司令官の阿部弘毅少将は赤城、加賀、蒼龍の被弾炎上を主力部隊に通報する。阿部は「飛龍ヲシテ敵空母ヲ攻撃セシメ、機動部隊ハ一応北方ニ避退、兵力ヲ結集セントス」と述べ、続いて第二航空戦隊に「敵空母ヲ攻撃セヨ」と命じた。
午前7時50分 (10:50) の時点で、第二航空戦隊司令官の山口多聞少将は独自の判断で飛龍を単艦で北東方向に進めており、被爆した3隻の空母とそれを取り巻く一航艦の各艦からは相当離れた位置にあった。山口少将は、来襲した艦載機の数から敵空母は2隻と判断しており、飛龍1隻の航空戦力で十分に戦えると考えていた。艦爆は攻撃の準備を終えて艦攻は雷装中であり、間に合った零戦をつけた。山口少将は、阿部少将の命令と入れ替わりに「全機今より発進、敵空母を撃滅せんとす」と全部隊に発信した。先任の阿部をさしおいて山口少将が反撃を主導したのは、山口少将の性格と、二航戦が現時点での主力であり重要な戦機であると考えたためとする意見もある。敵空母は攻撃を終えた艦載機を収容中であり、接近して攻撃力を発揮できる好機だった。
ミッドウェー海戦 戦闘の経過
午前7時54分 (10:54)、南の水平線上に炎上する3空母が見える状況で、飛龍は攻撃隊発艦のために風上の東に針路を変更した。
午前8時 (11:00)、第一波攻撃隊として小林道雄大尉（艦爆）指揮する九九艦爆18機、零戦6機の計24機が発艦した。九九艦爆のうち、12機は250kg通常爆弾、陸用爆弾装備機は6機だった。飛龍は第一波攻撃隊を発進させるとすぐに第二波攻撃隊の準備にかかり、同時に米機動部隊の方向に進撃した。同じ時間帯には蒼龍が搭載していた十三試艦爆がアメリカ軍航空隊を発見し、南雲部隊に通報。飛龍の第一波攻撃隊が発進するのと同時刻、筑摩5号機が発信した米艦隊の位置情報が届いた。第八戦隊は、筑摩4号機・5号機に対し「敵空母ノ位置ヲ知ラセ、攻撃隊ヲ誘導セヨ」と連絡している。すぐに筑摩5号機から「敵空母の位置味方の70度90浬、我今より攻撃隊を誘導す0810」との連絡があり、飛龍第一波攻撃隊の誘導を開始した。第一波攻撃隊を指揮する小林大尉は、米軍艦上機の飛行経路を辿ることで筑摩5号機の誘導に頼ることなく米軍空母部隊に辿り着く戦法をとったが、米軍艦爆隊との小戦闘に巻き込まれる遠因にもなった。
ミッドウェー海戦 戦闘の経過
ミッドウェー島攻撃から帰還した友永大尉の九七艦攻（左右の両翼に計4つの燃料タンクがあり、それぞれ機体側に350リットルの主タンク、翼端側に225リットルの補助タンクがある）は、ミッドウェー島を攻撃した際に、F4F戦闘機の機銃弾が左翼つけ根付近を貫通し、左翼主タンクを射抜かれていた。第二波攻撃隊を編成する時点で、出撃可能な艦攻は友永機を除くと9機であった。友永大尉の次席指揮官となった橋本敏男大尉は、ミッドウェー攻撃時は友永機の偵察員であり、左翼主タンクへの被弾を目の当たりにしていた。橋本大尉は乗機の交換を友永大尉に進言したが、友永大尉は攻撃機数を確保するため交換を拒否し、友永大尉が第一中隊（艦攻5機）を率い、橋本大尉が第二中隊（艦攻5機）を率いることとなった。
ミッドウェー海戦 戦闘の経過
橋本大尉は、友永機について「左翼タンクの応急修理くらいはしたはず」と戦後に推定していた。飛龍で友永機の機付整備員であった谷井繁義によると、射抜かれたタンクの交換には半日を要し、もとより不可能であり、貫通孔を麻布と接着剤でふさぐ応急修理のみが可能であった。谷井ら整備員が応急修理を終えて燃料を入れてみると、気がつかなかった別の破孔から燃料が漏れ出し、既に再修理の時間はなく、友永機の左翼主タンクは使えなかった。友永大尉は、整備分隊士の野依武夫・整備兵曹長が「片道燃料では出撃させられない」と制止するのを振り切って出撃した。蒼龍乗組の戦闘機搭乗員で、機動部隊上空直衛任務に就いており、蒼龍大火災のため飛龍に着艦した原田要は、友永雷撃隊の出撃を見送っており、その際に「友永大尉の艦攻は修理のいとまがなく、片道燃料で出撃した」と整備員たちが話していたと戦後に証言している。米艦隊までの距離は近く、友永大尉は「敵はもう近いから、これで十分帰れる」と告げている。
午前8時15分 (11:15)、ヨークタウンでは攻撃隊着艦作業が始まったが、着艦事故が発生し甲板が損傷、11:50、修理が終わり、SBD爆撃機10機に索敵任務が与えられた。
ミッドウェー海戦 戦闘の経過
午前8時20分 (11:20)、飛龍の第一波攻撃隊は空母に帰還するエンタープライズの艦爆隊を発見。日本艦隊へ向う攻撃隊と勘違いした零戦隊（重松康弘大尉指揮）から2機が迎撃に向かい、峰岸第2小隊長機が弾薬を使い果たして帰還、1機が被弾し日本軍艦隊付近に不時着救助された。このため攻撃隊護衛機は4機に減った。それでも米空母に接敵する筑摩5号機からの電波を頼りに進む日本軍飛龍第一波攻撃隊（22機）はついにヨークタウンを発見した。F4F直掩隊12機の迎撃により零戦3機、九九艦爆10機が撃墜され、九九艦爆8機のみがヨークタウンを攻撃した。急降下中に艦爆3機が撃墜されたが、5機が投下に成功、爆弾3発が命中、1発がボイラー室に火災を発生させ、ヨークタウンは動力を失い航行不能となり、フレッチャー司令官は重巡洋艦アストリアに移乗した。
代償として、飛龍第一波攻撃隊は艦爆13機（小林隊長機を含む）と零戦3機を失い、艦爆5機と零戦1機が飛龍に帰還しただけだった。帰還機も、零戦1が海面に不時着（搭乗員は救助）、艦爆1が修理不能であり、修理後使用可能艦爆2・零戦1という状況だった。飛龍攻撃隊はエンタープライズ型空母に爆弾5発、陸用爆弾1発を命中させ、大破あるいは大火災、撃沈と報告した。
しかし、ヨークタウンは午前11時 (14:00) 過ぎに爆撃による火災を鎮火し、速力20ノット発揮可能となった。
ミッドウェー海戦 戦闘の経過
午前8時30分、十三試艦爆はアメリカ軍機動部隊発見を発信している。十三試艦爆は発信5分後帰路についたが、無線機の故障により、南雲部隊ではアメリカ軍機動部隊発見の報告を受信しなかったという。この頃、赤城の零戦隊7機、艦攻1機が飛龍に着艦した。加賀からは零戦9機、蒼龍からも零戦4機、艦攻1機が飛龍に着艦した。
午前8時40分、残存する南雲部隊に十三試艦爆が発した航空隊発見の電文が届いた。
午前9時 (12:00)、偵察隊発進後まもない中でレーダーが南西46海里に日本軍機を探知する。ヨークタウンは重巡洋艦アストリアとポートランド、駆逐艦ハムマン、アンダースン、ラッセル、モーリス、ヒューズに輪形陣を組むよう命じ、F4Fワイルドキャット戦闘機12機を発進させた。
また偵察と攻撃部隊誘導に活躍した筑摩の5号機は、午前9時5分 (12:05) にアメリカ軍戦闘機の追跡を受け退避、その15分後、新たなアメリカ軍機動部隊を発見した。
同じ時間帯に、南雲も長良の周囲に第三戦隊（戦艦榛名、霧島）、第八戦隊（利根、筑摩）、駆逐艦4隻を集め、速力30ノットで北東に向かった。
ミッドウェー海戦 戦闘の経過
午前10時 (13:00)、駆逐艦嵐は海面に漂うヨークタウン雷撃隊隊員ウェスレイ・フランク・オスマス（Wesley Frank Osmus）海軍予備少尉を救助し、尋問を行った。有賀幸作第四駆逐隊司令は尋問内容を受けて以下の内容を発信した。この電文は攻略部隊・第二艦隊の重巡洋艦愛宕（旗艦）も受信している。
連合艦隊は、アメリカ軍機動部隊の戦力と出動空母の名前を知った。この時、オスマスはエンタープライズ型空母の搭載機数（爆撃機18、偵察機18、雷撃機12、戦闘機27）や、真珠湾攻撃で沈没した米戦艦群のうち、戦艦アリゾナ、ユタ、艦型不詳を除く戦艦4隻が回航修理中であることも証言している。後に、オスマス少尉は兵の独断で殺害されてしまったという。オスマスは水葬に附された。彼の名前はバックレイ級護衛駆逐艦「オスマス (護衛駆逐艦)」に受け継がれている。
午前10時15分 (13:15)、第八戦隊（阿部司令官）は南雲部隊各艦（霧島、榛名、利根、筑摩）に対して直ちに索敵機を発進させよと命じた。
午前10時30分 (13:30)、飛龍から第二波攻撃隊（艦攻10機、零戦6機）が発進。うち、零戦2機（山本、坂東）は飛龍に着艦した加賀所属機、艦攻1機は赤城所属機だった。。筑摩4号機も発進した。入れ替わるように飛龍第一波攻撃隊が飛龍に着艦した。