Для вторжения на Мидуэй было создано десантное соединение под командованием вице-адмирала Н. Кондо. Оно имело в своем составе 15 транспортных судов (около 5 тысяч десантников), легкий авианосец,2 авиатранспорта, 2 линкора, 10 крейсеров, 21 эсминец. Его должно было прикрывать авианосное ударное соединение под командованием вице-адмирала Т. Нагумо. В его состав входили: 4 тяжелых авианосца, 2 линкора, 3 крейсера, 12 эсминцев. Мидуэйская группировка японцев насчитывала около 350 самолетов.
В северном секторе против Алеутских островов действовала группировка вице-адмирала М. Хосогоя. В ее состав входили 4 транспортных судна (порядка 2500 солдат десанта), 2 легких авианосца, 6 крейсеров, 12 эсминцев, 6 подводных лодок. Прикрытие десанта обеспечивало соединение, которое включало в себя 4 линкора, 2 крейсера, 12 эсминцев.
Для возможной поддержки обеих (алеутской и мидуэйской) группировок выделялись также крупные силы под командованием адмирала Ямамото. В их составе находились 7 линкоров, 1 авианосец, 3 крейсера, 21 эсминец, 2 авиатранспорта.
В целом японцы имели в данном регионе почти трехкратное превосходство над американцами по общему числу кораблей. В то же время разделение сил не позволило японскому командованию создать подавляющее превосходство на мидуэйском направлении, куда американцы перебросили всю имевшуюся у них на тот момент ударную мощь — 3 тяжелых авианосца (233 самолета). Кроме того, сюда были подтянуты 8 крейсеров и 14 эсминцев. Флот также поддерживала авиация берегового базирования. К июню авиагруппа, базирующаяся на Мидуэе, насчитывала порядка 120 самолетов.
Своевременно укрепить мидуэйский рубеж американская сторона смогла благодаря перехвату и расшифровке японских сообщений. В то время как японское командование было уверено во внезапности нападения и предвкушало второй Перл-Харбор, американцы уже давно находились в курсе всех замыслов своих противников. Главнокомандующий Тихоокеанским флотом США адмирал Ч. Нимиц начал заранее готовиться к отражению натиска.
Сначала против четырех японских авианосцев («Акаги», «Кага», «Хирю» и «Сорю») американцы могли выставить только два — «Хорнет» и «Энтерпрайз». Однако 25 мая в Перл-Харбор прибыл поврежденный в битве в Коралловом море авианосец «Йорктаун». Его ремонт был выполнен в рекордно короткие сроки — через три дня день «Йорктаун» был готов к выходу. Группировкой авианосных соединений командовал контр-адмирал Ф. Флетчер. Таким образом, за счет своевременного маневра американское командование смогло создать на главном направлении достаточно мощную группировку для отражения готовящегося удара.
3 июня 1942 года японская авиация нанесла удары по американской группировке в районе Алеутских островов. 6 и 7 июня японские десантные войска без особого труда захватили острова Кыска и Атту. Но, зная планы японцев, американский флот не отвлекся на этот удар. Нимиц не шелохнулся, поджидая Нагумо в районе Мидуэя. Уже 3 июня в 600 милях от атолла американский разведывательный самолет обнаружил сильную группировку японских боевых кораблей. В этот же день американцы нанесли первый авиаудар. Но он оказался безуспешным. Армада продолжала неумолимое движение вперед.
4 июня передовые силы японского авианосного соединения находились в 240 милях к северо-западу от атолла. В этот же день с палуб японских авианосцев поднялись в воздух и направились к атоллу 108 самолетов. Однако бомбардировка атолла не решила главной задачи — уничтожение американской базовой авиации. Значительная часть мидуэйских самолетов к тому времени находилась в воздухе, направляясь для нанесения повторного удара по японцам. Чуть позже в помощь им с палуб американских авианосцев поднялось 126 бомбардировщиков и торпедоносцев, а также 26 истребителей.
Японцы не ожидали появления против них столь крупных сил. Из-за неблагоприятных условий погоды японское командование не смогло сразу разобраться в обстановке. Не в последнюю очередь это объяснялось и отсутствием у японцев радиолокационных установок. Американцы могли использовать свои самолеты даже там, где неблагоприятная погода не позволяла вести воздушное наблюдение. Тем не менее второй удар по японской армаде снова не достиг цели. Зато японцам удалось сбить свыше 30 самолетов.