Jabarkan Serangan ke armada Jepang dari Pertempuran Midway

Sementara pihak Jepang dalam dilema, pesawat-pesawat Amerika Serikat yang berpangkalan di kapal induk sudah diberangkatkan. Laksamana Fletcher yang memegang komando di Yorktown memerintahkan Spruance untuk menyerang Jepang saat dirasakan memungkinkan. Keputusan ini dibuat Fletcher berdasarkan laporan dari kapal pengebom patroli PBY yang melihat armada Jepang pada dini hari, Spruance sudah memberi perintah "Lancarkan serangan" pada sekitar pukul 06.00, dan menugaskan Panglima Tertinggi Halsey dan Kapten Miles Browning untuk menyusun perincian dan mengawasi keberangkatan. Beberapa menit sesudah pukul 07.00, pesawat pertama berangkat dari kapal induk Enterprise dan Hornet di bawah komando Spruance. Sekembalinya dari misi penerbangan intai, Fletcher langsung mengikuti dengan memberangkatkan pesawat-pesawat dari Yorktown pada pukul 08.00. Pada saat itu, Spruance memberi perintah kedua yang sangat krusial, hantam sasaran, menyerang musuh secepat mungkin dengan apa saja yang dimiliki lebih penting daripada serangan terkoordinasi berbagai jenis pesawat (pesawat tempur, pengebom, atau torpedo). Sebagai akibatnya, skuadron Amerika menyerang tidak memakai rencana, tetapi dilakukan berulang-ulang dalam berbagai cara, serta menyerang dalam berbagai kelompok yang berbeda. Hal ini mengurangi keefektifan serangan Amerika, dan memperbesar kerugian pihak Amerika Serikat. Namun secara tidak sengaja, kemampuan Jepang untuk melakukan serangan balasan juga berkurang. Nagumo beserta dek kapal-kapalnya berada dalam keadaan mudah diserang.

Walaupun posisi musuh sudah diberi tahu, pesawat-pesawat dari kapal induk Amerika Serikat menemui kesulitan menemukan sasaran. Pada akhirnya, mereka melihat kapal induk Jepang dan mulai menyerang pada pukul 09.20, diawali oleh Skuadron Torpedo 8 (VT-8 dari Hornet), dan diikuti VT-6 (dari Enterprise) pada pukul 09.40. Tanpa kawalan pesawat tempur, semua TBD Devastator dari VT-8 ditembak jatuh tanpa sempat membuat kerusakan pada kapal musuh. Satu-satunya awak yang selamat adalah Letnan Muda George H. Gay, Jr.. Skuadron Torpedo 6 menemui nasib yang sama, semua sasaran luput. Kemampuan torpedo yang kurang baik termasuk salah satu penyebab kegagalan. Patroli udara bersenjata Jepang yang terdiri dari pesawat-pesawat Mitsubishi A6M2 "Zero" yang berkecepatan tinggi, hanya perlu waktu sebentar untuk menghabisi pesawat TBD Devastator yang kurang dipersenjatai, tidak dikawal, dan terbang lambat. Walaupun semua TBD Devastator ditembak jatuh, pertama, mereka membuat kapal-kapal induk Jepang sibuk, dan tidak sempat meluncurkan serangan balasan. Kedua, serangan mereka membuat patroli udara bersenjata Jepang keluar dari posisinya. Ketiga, pesawat-pesawat Zero menjadi kehabisan amunisi dan bahan bakar. Munculnya serangan ketiga dari pesawat torpedo skuadron VT-3 yang datang dari tenggara pada pukul 10.00 dengan cepat menarik sebagian besar pesawat patroli bersenjata Jepang ke arah kuadran tenggara armada. Disiplin yang lebih baik, dan pengerahan semua Zero yang dimiliki, mungkin dapat mendorong keberhasilan Nagumo.

Secara kebetulan, pada saat yang bersamaan dengan terlihatnya pesawat dari skuadron VT-3 oleh pihak Jepang, dua formasi terpisah (dari total tiga skuadron) pengebom tukik SBD Dauntless mendekati armada Jepang dari arah timur laut dan barat daya. Bahan bakar mereka sudah hampir habis karena harus berputar-putar mencari musuh. Walaupun demikian, komandan skuadron C. Wade McClusky, Jr. dan Max Leslie memutuskan untuk terus mencari musuh. Secara kebetulan, mereka menemukan kapal penjelajah Jepang Arashi yang sedang berlayar dengan kecepatan penuh untuk bergabung dengan armada kapal induk Nagumo setelah gagal meledakkan kapal selam Amerika Serikat Nautilus dengan bom laut. Sebelumnya, Nautilus menyerang kapal tempur Kirishima, tetapi gagal

Chester Nimitz memuji keputusan untuk meneruskan pencarian yang diambil McClusky, keputusannya "menentukan nasib gugus tugas kapal induk kita dan pasukan kita di Midway..." Pesawat pengebom tukik Amerika tiba pada saat yang tepat untuk menyerang. Pesawat-pesawat tempur Jepang lengkap dengan persenjataannya memenuhi dek hanggar, selang bahan bakar malang melintang di atas dek karena operasi pengisian bahan bakar dilakukan secara tergesa-gesa. Perubahan perintah yang dapat terjadi setiap saat menyebabkan bom dan torpedo ditumpuk di sekitar hanggar, dan bukan disimpan dengan aman di ruang amunisi. Keadaan ini membuat kapal induk Jepang dalam keadaan rawan serangan.

Mulai pukul 10.22, pesawat-pesawat dari Enterprise berulang kali mengenai  yang mereka jadikan sasaran. Di sebelah utara, empat menit kemudian,  terkena bom yang dijatuhkan pesawat pengebom dari Enterprise. Pesawat-pesawat dari Yorktown mengincar . Secara bersamaan, skuadron torpedo VT-3 menjadikan  sebagai sasaran.  sedang terjepit di antara , Kaga, dan Akagi, tetapi lagi-lagi pesawat torpedo Amerika gagal menghantam sasaran. Pesawat pengebom tukik ternyata lebih beruntung. Hanya dalam enam menit, pesawat-pesawat SBD menjadikan sasaran-sasaran mereka dilalap api.  terkena satu bom yang melubangi dek hanggar bagian atas, dan meledakkan bahan bakar pesawat dan amunisi. Satu bom yang luput meledak di dalam air dekat buritan hingga dek pesawat melengkung ke atas, serta kemudi kapal rusak parah.  kejatuhan tiga bom di dek hanggar,  kejatuhan paling sedikit empat, mungkin lebih. Ketiga kapal induk tersebut segera tidak dapat lagi bertempur, ditinggalkan awak kapal, dan dibocorkan hingga tenggelam.