南云海军中将脸色发青，知道自己犯了一个致命的错误。他颤抖着嘴唇下达了重新换装鱼雷的命令，然后一头钻进休息舱。飞行员们低声嘀咕着爬出机舱，筋疲力尽的地勤人员又像上紧了发条似的大干起来。为了抢时间，原先有条不紊的作业程度被打乱了，供弹员直接将弹药运上飞行甲板。于是，飞机旁边，乱七八糟地堆满了鱼雷、炸弹、机关枪（炮）弹和一点就燃的航空汽油输油管道。
正当日本航空母舰上乱作一团时，美军飞机临空了。这是从“大黄蜂号”上起飞的第八鱼雷机中队的15架飞机，由沃尔德伦海军少校指挥。
9点20分左右，他们终于找到了日军航空母舰，但在途中与护航的战斗机失去联系。尽管如此，他们还是勇猛地向日军发起攻击。日军派出50架战斗机拦截美机。在零式战斗机和日舰高射炮火网的拦截下，笨拙的掠夺式鱼雷机，由于没有战斗机掩护，全部被击落，飞行员中只有乔治·盖伊海军少尉幸免于难。他受伤后从坠落在海面的飞机中爬出，藏在橡皮坐垫下躲过了日机的扫射。第二天被一架美国水上飞机救走。
日本人刚刚松了一口气，9点30分，“赤城号”观察哨报告：“敌鱼雷机，右舷30。，低空接近。”这两支鱼雷机中队是从“企业号”和“约克城号”上起飞，分别由林塞少校和梅西少校率领，共有26架老式鱼雷机。他们也因与战斗机失去联系而毫无掩护。勇敢的美机飞行员驾驶飞机紧贴海面，成单纵队队形，直奔日军航空母舰呼啸而来。日军战斗机立即还击。美机一架接一架被日机击落。
林塞少校的14架飞机从右舷攻击，被击落一半。梅西机队的12架飞机从左舷攻击，也只剩五架，但仍然义无反顾地冲向猎物。终于，有七架飞机冒着炮火冲到“飞龙号”上空，射出鱼雷，顿时，七枚鱼雷各拖着一条白色雷迹冲向“飞龙号”。“飞龙号”立即向右舷急转，躲了过去。
这是一场真正的勇气和力量的殊死较量。日舰上的士兵，看到这扣人心弦的厮杀，全都陷入狂热之中。飞行甲板上不时响起阵阵狂呼惊叫和喝彩的口号声。这次作战，美机出动的41架鱼雷机，只有六架返回，而且一条鱼雷也未命中敌舰。
然而，美军飞行员的鲜血并未白流。正是这些驾驶着老式鱼雷机的年轻人，用视死如归的勇敢进攻纠缠住日军航空母舰，像磁石一样吸引了敌人的战斗机群和高射炮手的注意力，为几分钟后前来进攻的美军轰炸机创造了极好的战机。
10点20分，刚刚还是铁与血的战场，恢复了平静，3000米高空飘动着大片大片的白云。“赤城号”飞行甲板上，挤满了待命起飞，已经发动的飞机。心急如焚的南云命令庞大的航空母舰逆风航行，以便舰载飞机迅速起飞。
10点24分，从舰桥的话筒里，传来开始起飞的命令。飞行长摇动着小白旗，第一架零式战斗机，开足马力，冲出飞行甲板。再过五分钟，飞机就可全部升空。
然而，就在这短暂的五分钟内，战局发生了彻底转变。
突然，“赤城号”观察哨喊了一声：“俯冲轰炸机！”紧接着，从云层中垂直俯冲下来几架黑色美机。舰上的机关炮立即还击，但已经晚了。
美机死神般的黑影越来越大，在一片轰炸机的尖嘶声中，巨大的炸弹纷纷落在日本军舰上，惊天动地的爆炸声，机关炮的吼叫声交织在一起。顿时淹没了日舰上的一切。
这批美机是从“企业号”上起飞的37架无畏式俯冲轰炸机。由梅克拉斯基少校率领。由于南云舰队北撤，扑空后向中途岛方向搜索一小时后，发现一艘日军驱逐舰高速向北方航行，于是跟踪追击，来到日舰上空。
这正是南云舰队的舰载机开始起飞之际。飞行员们按下机头，借着云层的掩护，凌空而下，在没有战斗机拦截的情况下，从容地将炸弹抛到日舰的飞行甲板上，然后满怀胜利的喜悦拉起机头返航。
美军的攻击战绩辉煌。四枚重磅炸弹准确地落在“加贺号”的前段、中段和后段。舰长冈田次作大佐当场阵亡，大火烧着了被炸毁的加油管，刚刚加满油的飞机接连爆炸，又引起了堆放在一旁的炸弹的爆炸。一小时后，熊熊大火吞没了“加贺号”。19点25分，随着两声天崩地裂的大爆炸，38200吨的“加贺号”，带着阵亡的800名舰员沉入海底。
“赤城号”几乎与“加贺号”同时被两颗炸弹击中，一颗把飞行甲板中部的升降机炸得翻卷起来，另一颗落在飞行甲板左舷后段，飞行甲板被炸开一个大洞。奇形怪状地向上翘着，青蓝色的火舌贪婪地舔着机库中被炸得尾部上翘的飞机。在大j火引起的汽油和炸弹的爆炸声中，致命的碎片到处飞舞，追杀着到处躲藏的人们。不一会儿，飞行甲板上整齐排列的飞机也被烧着，飞机上吊挂的鱼雷开始爆炸，整个机库成了一片火海，火焰迅速向舰桥上燃烧，舷梯和甲板被烧得通红。“赤城号”完全丧失了作战能力，通信联系中断。南云在参谋长草鹿海军少将和青木舰长的多次劝说下，勉强同意转移司令部。
20分钟后，南云与青木舰长告别后，从舰桥的窗口爬出，率领司令部转移到“长良号”轻巡洋舰上。南云离舰后，青木带领舰员继续抢救“赤城号”，消防人员戴着防毒面具，用笨重的消防设备同大火搏斗。但不断发生的爆炸把他们的努力化为泡影。烈火窜入军舰最下层，将机舱人员全部闷死。18点，青木舰长不得不决定弃舰。在“大和号”上，山本大将接到请示后，命令暂缓处理“赤城号”。
已转移到一艘驱逐舰上的青木舰长，接到山本的命令后，独自返回“赤城号”，把自己绑在铁锚上，准备与战舰同归于尽。次日凌晨3点50分，山本海军大将最后下达炸沉“赤城号”的命令。当“野分号”驱逐舰上强大的新型93鱼雷射向“赤城号”时，舰长古闲孙太郎痛心疾首，因为这是他在这次海战中的第一次射击。五日凌晨4点55分，36500吨的“赤城号”在日出前几分钟被海水吞没，舰员死亡263人。
“苍龙号”航空母舰在几分钟内被13架俯冲轰炸机投中三颗炸弹。一颗命中舰身前部飞行甲板，后两颗命中中部升降机，完全炸毁了甲板。烈火迅速燃烧到油库和弹药库。几分钟内也变成一片火海，人员纷纷被赶上甲板。紧接着就是阵阵爆炸，巨大的爆炸力把甲板上不少人掀到海里。中弹后20分钟，舰长柳本作命令弃舰。
当人们安全转移到驱逐舰上时，发现柳本舰长还在舰上。曾获海军相扑冠军的阿部兵曹返回舰上准备强行背出舰长，被坚决拒绝。19点13分，幸存的“苍龙号”舰员在近旁的几艘驱逐舰上看着15900吨的庞然大物最后消失，舰长以下718人随舰沉没。
至此，美军用损失16架俯冲轰炸机的代价，换取了日本联合舰队主力的毁灭。
美机猛烈攻击后唯一幸存的航空母舰是“飞龙号”。它是第二航空战队司令官山口多闻海军少将的旗舰。
在“赤城号”受重创后，山口接过南云部队空中作战指挥权。
10点40分，18架俯冲轰炸机和六架零式战斗机在“飞龙号”飞行长小林道雄海军大尉指挥下，从4000米高空跟踪一架返航的美机，飞向美军“约克城号”。还没到达“约克城号”上空，就受到美军战斗机的拦截，损失惨重，但仍有八架轰炸机飞抵“约克城号”上空。三颗炸弹命中“约克城号”，立即燃起大火，锅炉气压下降，失去航行能力，飞行甲板也被炸开了一个大洞。舰员们拼命扑灭大火，抢修军舰，仅用了30分钟，“约克城号”又以18节航速雄赳赳地开动了。小林率领的机队，有13架轰炸机和三架战斗机被击落。
山口的飞机出发后，突然又接到返航侦察机的报告：发现三艘敌航空母舰。在明显的劣势下，山口命令飞行长友永海军大尉带领十架鱼雷机、六架战斗机发动第二次攻击。这是他现有的全部空中力量。
12点45分，友永驾驶因左翼油箱被打穿而未加满油料的飞机，抱定必死的决心率队起飞，山口少将和在场的地勤人员挥泪向飞行员们招手告别。
14点34分，友永的机队冲出美机的阻截，从2000米高空一下降到100米低空，冲向“约克城号”，开始了自杀性的攻击。友永驾驶黄色机尾的飞机，投出鱼雷后，被“约克城号”上的高射炮火击得粉碎。多灾多难的“约克城号”中了两枚条鱼雷，严重倾斜。15分钟后，巴克马斯特舰长忍痛下令弃舰。由一艘扫雷艇将它拖向珍珠港。两天后，一艘日军潜艇来到1700米处，向它发射了四枚鱼雷。护航的驱逐舰“哈曼号”也被鱼雷炸成两段。当“约克城号”在波涛中消失的时候，护航舰降下海军旗，全体舰员立正列队，向这艘在反法西斯战争中立下赫赫战功的战舰致最后的敬礼。
当友永机队最后一架飞机于16点30分在“飞龙号”甲板降落时，山口只剩下六架战斗机、五架俯冲轰炸机和四架鱼雷机了。从拂晓就投入殊死搏斗的舰员已精疲力竭。
17时，“飞龙号”舰员正在狼吞虎咽地吃年糕饭。为“约克城号”报仇的美机接踵而至。首先是“企业号”的13架俯冲轰炸机，将四枚炸弹扔到“飞龙号”上。立即引起大火和爆炸，巨大的黑烟腾空而起。接着，“大黄蜂号”的轰炸机赶来火上浇油。21点23分，“飞龙号”机舱开始进水，倾斜达15…这时，从中途岛起飞的B-17轰炸机也赶到助兴。但没有命中“飞龙号”。
次日凌晨2点30分，山口海军少将召集全体尚存的800名舰员集合到“飞龙号”甲板上，命令他们离舰。
而自己决定与舰共存亡，加来舰长也决意留下。临别时，他们用一杯淡水与幕僚黯然饮别，山口把他的黑色战斗帽送给首席参谋伊藤海军中佐作为纪念品。
5点10分，东方开始发白，“风云号”和“夕云号”两艘驱逐舰向“飞龙号”发射鱼雷。随着震耳欲聋的爆炸声，这艘庞大战舰开始下沉。
418名舰员在这最后的拚搏中丧生。
这次海战，日军损失了战斗力最强的四艘重型航空母舰、一艘重巡洋舰和332架飞机（其中280架随母舰沉没），另有战列舰、重巡洋舰、运输舰各一艘和驱逐舰三艘被击伤。美军则损失航空母舰、驱逐舰各一艘，损失飞机150架。
中途岛的较量，又一次证明了海军航空兵在现代海军中的重要作用，创造了以劣胜优的成功范例。同时改变了太平洋地区的兵力对比，仅此一战便剥夺了日本“太平洋霸主”的地位。从此，美国海军由被动转变成了主动。