1942年4月18日，从“大黄蜂”号航空母舰上起飞的16架B25式轰炸机飞临东京上空，投下炸弹和燃烧弹后顺风直飞中国 。这次空袭震动了日本朝野，也刺激了山本，使他更加坚定了要进攻中途岛的决心 。4月28日，山本在“大和”号巨型战列舰上召开海军高级将领会议，确定了进攻中途岛的具体作战计划：先派遣一支舰队进攻阿留申群岛，在该群岛的阿图岛、基斯卡岛登陆，以此为诱饵，将美军舰队的注意力引到北面去，然后以主力舰队趁机夺占中途岛 。作战日期初步定在6月初 。
战争经过
5月5日，日本大本营下令攻占中途岛和阿留申群岛西部岛屿 。日本联合舰队为实施这次战役，日军统帅部动用了海军基本兵力，编成6个战役编队，由山本五十六海军大将统一指挥 。海军中将南云忠一指挥的航空母舰突击编队和近藤信竹海军中将指挥的登陆编队担任主攻 。海军中将细萱戌子郎指挥的北方编队则负责夺取阿图岛和斯基卡岛 。26日到29日，各编队先后由本土起航，预定于6月4日对中途岛发起进攻 。为了避免美国舰队的突然出现，日军潜艇事先在中途岛和阿留申群岛附近海域游弋 。日军统战部认为出其不意、攻其不备具有重大意义，所以十分重视战役伪装，但过高估计自己无线电通信的隐蔽程度 。5月中旬，美军掌握了日军密码，查明日军意图，并采取了必要对策 。美太平洋战区总司令尼米兹海军上将调集航空母舰3艘（舰载机230多架）及其他作战舰艇40多艘，组成第16特混舰队（斯普鲁恩斯少将指挥）和第17特混舰队（弗莱彻少将指挥），在中途岛东北海域展开，隐蔽待机 。同时，19艘潜艇部署在中途岛附近海域，监视日本舰队行动，并部署了半径为700海里的远距离航空兵侦察 。该岛本身也加强了防务，海岸和附近水域也已布雷，高射炮兵和野战炮兵均有加强 。
中途岛海战中的美国战机日军企图在阿留申群岛方向提前一昼夜开始行动，借以迷惑和吸引主
要突击方向的美军 。6月3日，日本海军中将细萱戌子郎率领北方编队对阿留申群岛附近的荷兰港海军基地发起突击战役由此开始 。6月4日，日军再次突击，使岸防设施遭到严重破坏 。6月6日和7日，日军分别在基斯卡、阿图岛登陆，在没有遇到任何抵抗的情况下占领两岛 。但之后，日军的运气不再，连连失利于中途岛 。6月3日，美机在该岛以西600海里处发现了日军登陆编队 。美军航空兵对敌进行首次突击，却未能奏效 。4日凌晨，海军中将南云忠一率领第1机动编队（包括航空母舰4艘、舰载机260多架、其他作战舰艇17艘）进至中途岛西北240海里海域，4时30分派出第1波飞机108架飞往中途岛 。岛上美军发出警报，飞机升空迎敌，展开激战 。日军轰炸机袭击机场，炸毁部分地面设施 。由于岛上防御加强，机场跑道未被摧毁 。日机未完成歼灭美军航空兵的主要任务 。在此期间，南云的机动编队多次受到美国岸基飞机的侦查、袭扰和攻击 。南云遂决定再次攻击中途岛 。7时15分，美国岸基鱼雷机结束攻击，南云却下令已挂上鱼雷准备攻击美舰的第2波飞机改装炸弹攻击中途岛 。7时28分，日本侦察机报告发现美国舰队 。此时，在中途岛东北海域待机的美特混舰队正向日机动编队接近，并已派出第1、第2波飞机200多架 。8时20分，日侦察机报告美国舰队似有1艘航空母舰 。南云于是命令攻击中途岛的第1波飞机和担任空中战斗巡逻任务的战斗机返航，随后率舰队向北行驶，以免遭到袭击，并重新部署对美国舰队的攻击 。约9时20分到10时26分，正当日军第2波飞机卸下炸弹重挂鱼雷的混乱之际，美舰载鱼雷机和俯冲轰炸机连续攻击南云的航空母舰 。日方虽有部分战斗机升空作战，但为时已晚 。山本损失所有重型航空母舰后，于6月5日被迫取消中途岛登陆，召回阿留申群岛北方编队并令舰队所有舰艇撤回基地 。美军乘势追击，于6日派舰载机3次出击，又击沉日军重巡洋舰“三隈”号，击伤巡洋舰、驱逐舰数艘 。中途岛海战最终以日本舰队的惨败而告终 。