Между тем патрульные самолеты вылетели с Мидуэя, как всегда, в 04.15, а вслед за ними были подняты в воздух и бомбардировщики В-17, чтобы не позволить противнику захватить их врасплох на земле. В 05.45 летчик с "Каталины" открытым текстом донес: "Много самолетов идут курсом на Мидуэй, пеленг 340, расстояние 150 миль". Несколько минут спустя радиолокаторы на атолле засекли приближающиеся самолеты противника; до них оставалось 93 мили. Но откуда они летят и где находятся японские авианосцы - оставалось неясным. Ответ на этот вопрос пришел через две минуты после первого донесения. Тот же патрульный самолет "Каталина" доложил о двух авианосцах и сопровождающих их кораблях, находившихся на расстоянии 180 миль северо-западнее Мидуэя. Как выяснилось, расстояние было определено неверно: ошибка составила 40 миль в меньшую сторону. Именно эта ошибка и затруднила американским самолетам с авианосцев поиск японских кораблей. Самолеты В-17, уже находившиеся в воздухе, были тотчас же направлены на японские авианосцы, а самолеты авиации морской пехоты (четыре В-26 и шесть TBF), успевшие к этому времени прогреть моторы, были посланы им вдогонку,
Тем временем японские самолеты были уже на подходе к Мидуэю. Истребители морской пехоты встретили их в 30 милях от острова. Каждый истребитель смог лишь два-три раза атаковать бомбардировщики.
Остальное время все они отбивались от японских истребителей, которые по своим характеристикам намного превосходили американские. Зенитная артиллерия атолла открыла огонь сразу же, как только японские самолеты вошли в зону огня. Первая бомба упала в 06,30. Менее чем за полчаса все, что находилось на земле, было разрушено или повреждено; прямое попадание получила электростанция, загорелись топливные цистерны, был полностью разрушен самолетный ангар. Неповрежденной осталась только взлетная полоса. Когда все кончилось, американские истребители получили приказ вернуться на аэродром. Из 26 самолетов этот приказ выполнили только 10, да и из этих самолетов боеспособными оказались только два истребителя. Японцы потеряли всего шесть самолетов.
Самолеты, поднявшиеся с Мидуэя, провели налет на японские авианосцы с большой отвагой, но ввиду разрозненности и малочисленности сил эта атака оказалась малоэффективной. Однако она принесла известную пользу, ибо в самый критический момент отвлекла внимание японцев от атолла и не позволила им бросить в атаку всю свою авиацию.
Самолеты В-26 атаковали японские авианосцы в 07.00 на низкой высоте отдельными группами, но одновременно. Японские корабли поставили дымовую завесу и маневрировали, открыв сильный зенитный огонь и подняв истребители для перехвата американских самолетов. Американские самолеты не добились ни одного попадания. Из шести самолетов TBF и четырех В-26 было сбито соответственно пять и две машины; кроме того, были серьезно повреждены и вышли из строя и остальные три вернувшихся самолета.
Через час корабли противника атаковала эскадрилья бомбардировщиков морской пехоты. Ввиду того что молодые летчики, только что прибывшие из летной школы, совсем не имели опыта бомбометания с пикирования, они вынуждены были прибегнуть к весьма опасному бомбометанию на крутом планировании. Добиться попадания в авианосец "Хирю" им также не удалось. Из 16 самолетов на Мидуэй вернулись только восемь машин. Шесть из них имели тяжелые повреждения.
Приблизительно через 15 минут после этой эскадрильи сюда подошли 15 самолетов В-17. Сбросив бомбы с высоты 6000 м, самолеты не понесли потерь, но и сами не причинили противнику никакого вреда. Едва они улетели, появилась вторая группа самолетов морской пехоты. Выйдя на цель на малой высоте, эти самолеты встретили такой сильный зенитный огонь и настолько мощное противодействие японских истребителей, что были не в состоянии дойти до авианосца и сбросили бомбы на линейный корабль. Таким образом, и этот налет не увенчался успехом.
Итак, первая фаза сражения у атолла Мидуэй окончилась явно в пользу японцев. Им удалось произвести на атолле большие разрушения. Американцы потеряли половину своих самолетов, не причинив никаких повреждений кораблям противника. В такой обстановке командование ВМС США и ввело в сражение свои авианосцы.
Когда самолеты-разведчики, поднявшиеся с Мидуэя, впервые доложили об обнаружении японских кораблей, американские авианосцы находились приблизительно в 200 милях к востоку от главных сил противника. Получив донесение, адмирал Флетчер немедленно приказал авианосцам "Хорнет" и "Энтерпрайз" идти на сближение с противником и атаковать японские авианосцы, как только будет установлено их местонахождение. "Йорктаун" некоторое время еще продолжал следовать курсом на восток, чтобы принять свои самолеты, возвращавшиеся из разведки.