В результате атаковавшие первыми пикирующие бомбардировщики были встречены мощным огнем зенитной артиллерии, подверглись атакам истребителей ПВО с авианосцев и сбросили бомбы очень неточно. Лишь три бомбы взорвались в непосредственной близости от авианосца «Сорю» и сбросили с его палубы в море три самолета. Другие и вообще промахнулись и постарались поскорее возвратиться назад.
Только теперь до вражеских кораблей дотащились торпедоносцы, которые также подверглись сосредоточенному огню кораблей охранения и атакам быстрых «Зеро». В итоге только лишь двум из них посчастливилось вернуться назад на остров, где их пришлось сажать на воду, поскольку взлетно-посадочные полосы были разбиты. Ни одна из торпед так и не поразила цель!
Наконец в небе над японскими кораблями появились Б-17, шедшие на высоте 20 000 футов. По сообщениям с этих самолетов, наблюдались прямые попадания в японские корабли, в том числе и в авианосцы, однако на самом деле все бомбы, хотя и упали от них неподалеку, по-настоящему в цели не попали.
Между тем Ямамото получил уведомление от Футиды, что все цели на острове поражены и что повторной атаки не требуется. Раз так, то Ямамото тут же приказал Нагумо отменить вылет самолетов второй волны и заменить на них бомбы на торпеды, чтобы иметь под рукой соответственным образом вооруженные самолеты для атаки американского флота. Он был уверен, что тот хотя еще и не обнаружен, но должен быть где-то поблизости, и не сомневался, что после его удара по острову корабли янки поспешат на встречу с ним полным ходом. Была отправлена смена дежурным «Зеро», и вновь наступило томительное ожидание.
Приблизительно в 8.20 самолеты капитана-лейтенанта Футиды начали садиться на палубы своих авианосцев, где их тотчас же начинали заправлять и вооружать. В 9.00 этот процесс в крайней спешке был завершен, однако ни самолеты, ни корабли противника по-прежнему не появлялись. Ямамото уже начал было думать, что он ошибся и что американцев по каким-то причинам вообще не было поблизости, когда в 9.25 пришло сообщение с разведывательного самолета с авианосца «Агаки»: «Большие силы противника, включая четыре авианосца, движутся в нашу сторону. Расстояние до вражеских кораблей 120 миль от острова Мидуэй в направлении на юго-восток».
Наконец-то! Тотчас же по приказу адмирала Нагумо с японских авианосцев начали поднимать самолеты. Пилоты, полетевшие на этот раз, были в основном ветеранами Перл-Харбора, которых он придерживал до этого решающего момента. Более сотни самолетов — пикировщиков, торпедоносцев и истребителей — выстроились в небе над эскадрой в один большой клин и уже вскоре после 10.00 исчезли из вида, оставив двадцать «Зеро» прикрывать авианосцы от возможного удара врага.
Предусмотрительность японцев оказалась вознаграждена. Вскоре эсминец «Тахацуки», находившийся в зоне дальнего дозора ПВО, сообщил о большом количестве вражеских самолетов, приближающихся с севера. Это были самолеты адмирала Холси.
Начиная с момента обнаружения японских кораблей, американские авианосцы полным ходом шли к югу таким курсом, что рано или поздно должны были пересечь их курс, если бы они продолжали двигаться так и далее. Наконец в 9.20 разведка доложила о сокращении дистанции до приемлемой, и Холси отдал приказ поднять самолеты в воздух. Пролетая мимо Мидуэя, их пилоты могли видеть огромное облако черного дыма, которое легкий бриз относил в сторону японцев. Ну что же, они хотели войны, теперь они ее получат, в большинстве своем думали американские летчики, рассчитывая сразу же расправиться с ненавистным врагом. А дальше все было, как и всегда: тот же шквал зенитного огня, черные клубы разрывов, неожиданные атаки японских «Зеро». Только лишь нескольким самолетам-пикировщикам удалось преодолеть все эти преграды и сбросить свой бомбовый груз на японские корабли, однако поразить их им так и не удалось. В то же время они отвлекли «Зеро» от более тихоходных торпедоносцев, и те, прижимаясь к самой поверхности моря, все же сумели прорваться через плотную завесу зенитного огня. В результате торпеды сразу трех торпедоносцев «Авенджер» попали в авианосец «Кага»: одна около кормы, а две других — непосредственно в центр корабля. Огромный столб воды поднялся над палубой корабля и буквально смыл за борт все, что на ней находилось. После этого «Кага» потерял ход, тут же начал крениться и уже через полчаса повалился набок. Какое-то время он еще плавал в этом положении, давая возможность эсминцам подбирать людей как вокруг, так и с возвышающегося над водой днища. Но вдруг внутри у него что-то неожиданно грохнуло, и огромный корабль стремительно исчез под водой, оставив после себя лишь огромную воронку, курившуюся клубами пара.