Американские авианосные оперативные соединения, ожидавшие подхода противника, крейсировали в 200 милях к северо-востоку от о. Мидуэй на расстоянии 10 миль одно от другого. Рано утром они получили донесение, в котором было указано местонахождение авианосцев противника. Проанализировав поступившие к 07.00 радиосообщения о ходе воздушной атаки на Мидуэй, американские офицеры подсчитали, что японские самолеты вернутся на свои авианосцы около 09.00. Чтобы атаковать противника в то время, когда все авианосцы будут принимать и заправлять самолеты, и «тем самым предотвратить дальнейший ущерб Мидуэю и обеспечить собственную безопасность», Спрюэнсу следовало без промедления запускать в воздух свои самолеты, что он
Авиагруппа с «Энтерпрайза» и «Хорнета» направилась к указанной в донесении позиции противника. Придя на счисленную позицию противника, летчики не обнаружили ни одного корабля. Они дошли почти до предела своего радиуса действия и не имели представления, где может быть противник. Оказавшись в таком затруднительном положении, каждая эскадрилья самостоятельно приняла решение относительно того, где искать японцев. Израсходовав горючее на поиски противника в этом районе, самолеты с авианосца «Хорнет», кроме 8-й торпедоносной эскадрильи, не обнаружили противника и пошли обратно.
8-я торпедоносная эскадрилья, летевшая к цели на малой высоте, обнаружила японские авианосцы в 25 милях к северо-западу от предполагаемого места нахождения. Это были «Акаги», «Kara» и «Сорю», державшиеся вместе, и «Хирю», находившийся на некотором расстоянии к северу от них. Их окружали корабли охранения.
Торпедоносная эскадрилья безнадежно атаковала превосходящего противника, не имея истребителей прикрытия и не координируя свои действия с атаками пикирующих бомбардировщиков. На них бросились десятки японских истребителей и был открыт ураганный зенитный огонь. Очень немногие торпедоносцы успели сбросить торпеды, и ни один из них не добился попадания.
Между 9.40 и 9.58 на место боя прибыла 6-я торпедоносная эскадрилья с авианосца «Энтерпрайз». Она также не имела ни истребителей прикрытия, ни пикирующих бомбардировщиков поддержки. В отчаянной борьбе некоторым из этих самолетов удалось сбросить торпеды. Из всей эскадрильи вернулось только шесть самолетов. Как и 8-я торпедоносная эскадрилья, они не добились попаданий.
В 10.00 авианосцы противника были замечены 3-й торпедоносной эскадрильей с «Йорктауна». Эта эскадрилья шла под прикрытием шести истребителей, она ринулась в атаку, не ожидая координирования своих действий с пикирующими бомбардировщиками. Большинство самолетов еще на подступах было сбито ураганным зенитным огнем и истребителями противника. Пять из них успели сбросить торпеды. Ни одна из торпед не попала в цель, и только двум самолетам удалось вернуться на базу.
Все базировавшиеся на о. Мидуэй самолеты – армейские, морские и корпуса морской пехоты – понесли огромнейшие потери, а теперь три авианосные эскадрильи торпедоносцев были практически полностью уничтожены. И все же, несмотря на такие жертвы, японские авианосцы не получили никаких повреждений, хотя они потеряли значительное количество самолетов. Но пикирующие бомбардировщики авианосного базирования еще не производили атак.
Японские авианосцы приняли на борт часть своих самолетов и деятельно заправляли их горючим и перевооружали, готовя к атаке против американских авианосцев, которые, как теперь знали японцы, находились недалеко от них на востоке. Эта задержка для перевооружения (а еще точнее – недосмотр разведки, вовремя не обнаружившей американские авианосцы) и сыграла свою роковую роль в сражении.