Авиагруппа с "Йорктауна" вылетела часом позже групп с "Энтерпрайза" и "Хорнета", но улучшившаяся погода позволила самолетам уже в полете собраться вместе и быстро обнаружить противника. Таким образом, одновременность удара получилась сама собой. Подлетая с востока, группа с "Йорктауна" сосредоточила свой удар на ближайшем авианосце. Им оказался "Сорю". Эскадрилья торпедоносцев летела немного впереди. Несмотря на все попытки сопровождавших ее истребителей, только пять самолетов из 12 сумели сбросить свои торпеды и всего лишь два из них вернулись на авианосец. Попаданий достигнуто не было. Зато бомбардировщики, летевшие с солнечной стороны, не встретили японских истребителей. Когда первые 13 самолетов закончили пикирование, "Сорю" был весь в огне, и поэтому неотбомбившиеся четыре самолета повернули на другую цель. Это был действительно большой успех американцев и одновременно большая удача, поскольку они застали японские авианосцы врасплох, когда те пополняли горючее и боеприпасы.
Итак, три японских авианосца из четырех были выведены из строя в первый же день сражения, но четвертый - "Хирю", оказавшийся севернее, - остался неповрежденным. Около 10.00 "Хирю" начал подъем в воздух своих самолетов. Первая группа состояла из 18 бомбардировщиков и шести истребителей; вслед за ней, часом позже, вылетели 10 торпедоносцев и шесть истребителей. Тем временем японцам удалось уговорить Нагумо перейти с горящего "Акаги" на крейсер, а Кондо со своей эскадрой оставил отряд транспортов, которым теперь никто не угрожал, и сблизился с авианосными силами для их прикрытия.
"Йорктаун" только что поднял своих разведчиков и приготовился принять свою ударную группу, когда около полудня радиолокатор авианосца обнаружил на расстоянии менее 50 миль самолеты противника. Это была группа с авианосца "Хирю". Истребителям, принимавшим горючее на взлетной палубе, было приказано срочно подняться в воздух, чтобы очистить ее, а возвращающимся бомбардировщикам - не приближаться к кораблю.
Несколько самолетов с авианосцев "Энтерпрайз" и "Хорнет" присоединились к истребителям "Йорктауна" и тем самым увеличили группу прикрытия до 28 машин. Эта группа оказалась настолько сильной, что японским самолетам пришлось разделиться на несколько групп. Только восьми бомбардировщикам удалось достичь цели. Авианосец получил три попадания: одна бомба пробила полетную палубу, другая взорвалась на нижней палубе, затопив находящиеся по соседству погреба, а третья разрушила дымоход и вывела из строя два котла, вызвав одновременно пожар в котельном отделении.
Команде авианосца удалось быстро устранить повреждения. Огонь вскоре потушили, пробоину на полетной палубе заделали, а в котлах снова развели пары. Авианосец, продолжая следовать со скоростью 20 узлов, снова возобновил прием истребителей для пополнения горючего и боеприпасов. В 14.30 радиолокатор "Йорктауна" обнаружил всего в 40 милях от авианосца торпедоносцы с "Хирю". Надо было еще раз поднять истребители, но лишь немногие успели это сделать, так как японские самолеты уже вышли на цель.
Взлетевшим с авианосца истребителям удалось сбить несколько японских самолетов еще до входа их в зону артиллерийского огня. Прикрытие авианосца, которое после первой атаки было усилено двумя крейсерами и двумя эсминцами сил Спрюэнса, поставило мощную огневую завесу, однако нескольким японским самолетам все же удалось прорваться к авианосцу. Маневрируя, "Йорктаун" уклонился от двух торпед, но две другие попали в среднюю часть корабля. Три котельных отделения оказались затопленными. Из трубы повалили клубы белого пара. Авианосец сначала сбавил ход, а потом остановился.
Ни затопление противоположных отсеков, ни перекачка топлива в этих условиях не помогли выровнять крен, увеличившийся до 26°. Корабль вот-вот должен был перевернуться. Поэтому в 15.00 командир отдал приказ: "Оставить корабль!" Команда перешла на эсминцы. Вечером прикрывавшие авианосец корабли ушли, оставив здесь эсминец "Хьюз", который при необходимости должен был потопить поврежденный авианосец, чтобы он не попал в руки японцев.
Когда японцы заканчивали налет на "Йорктаун", один из его разведывательных самолетов, вылетевших тремя часами раньше, донес о нахождении японского соединения с авианосцем "Хирю" на расстоянии около 100 миль на запад-северо-запад. На основании этого доклада Спрюэнс приказал атаковать японский авианосец. С "Энтерпрайза" тут же поднялись 24 бомбардировщика. С авианосца "Хорнет" поднялись 16 самолетов. Обе группы вылетели приблизительно в 16.00. Они не имели истребительного прикрытия, так как Спрюэнс понимал, что истребители нужны для защиты авианосцев.