从“企业”号上起飞的33架美军“无畏”式俯冲轰炸机，在预定的海域没有发现目标。就在他们准备返航时，却突然意外地发现了一艘日军驱逐舰，领队的麦克拉斯基少校认为，这艘驱逐舰或许能够帮助他们找到日航空母舰，于是率队紧随日舰而行。果然，十分钟后，在6000米的高空中，麦克拉斯基他们发现了由４艘航空母舰组成的蔚为壮观的南云舰队。这时日军的4艘航母正排成菱形队形向北航行，“飞龙”号在北，“加贺”号在南，“赤城”号在西，“苍龙”号在东。美机从西南方向接近，小麦克拉斯将33架轰炸机分为两组，分别向最近的“赤城”号和“加贺”号进行集中攻击。
10时24分，正当第一架加油完毕的“零”式战斗开足了马力，驶离飞行甲板时，一名日军防空哨突然惊叫：“俯冲轰炸机！俯冲轰炸机！”日军航母根本来不及进行规避，而且是处在最易受攻击的脆弱情况下——正在逆风航行进行起飞作业，飞行甲板上摆满了装好弹药和加好油准备出击的飞机！只见一架美军俯冲轰炸机首先穿出云层，直扑“加贺”号而来，4颗炸弹分别在飞行甲板上的前中后部炸开，其中一颗正好落在舰桥旁边，炸中了那里的一辆加油车。顷刻之间，“加贺”号变成了一个巨大的火炉，浓烟滚滚，火光冲天，舰长冈四大佐当场被烧死。不久该舰即自动爆裂沉没，来不及逃生的700多名日军官兵随舰一起魂归大海。
在“加贺”号挨炸后仅一分钟，另一架俯冲轰炸机就垂直俯冲下来，炸弹从机翼下飘摇而下。刹那间，“赤城”号舰桥上的日军被这令人眩目的光亮照得眼花缭乱，随即就被炽热的气浪掀翻。美机的炸弹一颗打在升降机后部，一颗落在飞行甲板左舷后段。顿时，火光熊熊，浓烟四起，舰载机机尾朝天吐出青蓝色的火舌。紧接着，一枚又一枚炸弹连续爆炸，大火四处蔓延，吞没了甲板上的飞机。飞机所装载的鱼雷又被引爆，整个机库已成了一片火海。
“赤城号”被直接命中两枚450千克炸弹，一枚落在中部升降机后部，另一枚落在飞行甲板左舷后段。正常情况下，两枚炸弹对这艘巨大的航母根本不会造成致命损伤，但是，炸弹迅疾引爆了甲板上满载油弹的飞机。因而才使得火势迅速蔓延，火光冲天。
南云无可奈何地转移到“长良”号巡洋舰上。6月5日清晨，“赤城”号由一艘日军驱逐舰予以击沉，200多名日军官兵随舰沉没。
“约克城”号的17架俯冲轰炸机则向“苍龙”号航空母舰俯冲而去。10时30分，３枚1000磅重的高爆炸弹分别命中该舰前部飞行甲板和中部升降机，引爆了堆放的弹药和油库，顿时整个航母变成了一片火海，至傍晚，“苍龙”号随着日落沉入了海底，包括舰长柳本在内的700多名官兵也一同随舰下沉。
南云转移到“长良”号之后，想起刚刚发生的一幕幕惨景，犹如噩梦初醒，不禁号啕大哭。10时40分，由18架俯冲轰炸机和6架战斗机组成的攻击机群，在“飞龙”号飞行分队长小林道雄海军大尉带领下起飞。在飞往目标途中，他们发现美舰载机正在返航。小林示意他的飞行员悄悄地跟踪敌机。可是，有两架战斗机没明白小林的意思，一头扑向美机，从而暴露了目标，“约克城”号发现来袭的日机，立即起飞战斗机迎战，并让返航的轰炸机暂缓着舰。附近的“企业”号和“大黄蜂”号也闻讯派出战斗机前来助战。美军12架护航的“野猫”式战斗机立即抢占了高度，在日机发起进攻前就击落了3架“零”式战斗机和6架“九九”式俯冲轰炸机，但仍有6架日机突破了美战斗机的拦截，向“约克城”号航空母舰投掷炸弹，并命中3颗。“约克城”号舰身起火，锅炉气压下降，失去了航行能力。
13时20分，“约克城”号动力恢复，并达到了20节航速，舰上的火灾也被很快扑灭。但是飞机还不能在飞行甲板上降落，它们只好飞到“企业”号上降落。就在这时，10架日军“97”式鱼雷攻击机和6架“零”式战斗机又从“飞龙”号飞来，对“约克城”号发起了第二次攻击。此时，美军有8架战斗机正在“约克城”号上加油，只有4架留在空中，无法有效阻止日机。4架日军鱼雷机突破了美舰的防空炮火，在离“约克城”号舰首不到500米的地方向其发射“长矛式”鱼雷。其中2颗命中“约克城”号左舷，在油箱附近掀开两个大洞，并把舰舵给轧住了。“约克城”号的动力、照明和通讯系统尽遭破坏，左舷倾斜。下午15时，舰长巴克马斯特被迫下令弃舰。第十七特混舰队司令弗莱彻中将转移到一艘巡洋舰上，并把战术指挥权移交给第十六特混舰队司令斯普鲁恩斯少将。2天后“约克城”号被一艘路过的日军潜艇彻底击沉。
14时45分，“约克城”号沉没前起飞的１架侦察机发现了“飞龙”号航母，斯普鲁恩斯接到报告后，认为发现的日军航母就是日军的第四艘航母，决心集中最大兵力予以攻击，务求将其消灭！他立即下令从“企业”号起飞25架轰炸机，从“大黄蜂”号起飞16架轰炸机，其中10架原是“约克城”号的，先后向目标海域飞去。
“飞龙”号舰载机对美舰的第二次攻击，也是日军在这场海战中的最后一次攻击，到此结束。参加攻击的飞行员和山口都认为，第一次和第二次已经使两艘美军航母遭到了致命的损伤。实际上，这两次攻击的目标都是“约克城”号。只不过是“约克城”号在遭到第一次攻击后被迅速修复，所以被日军第二攻击波当作另外一艘没有受伤的航母了。
当“飞龙”号的第二攻击波最后一架飞机于16时30分在航母上降落时，“飞龙”号只剩下了６架战斗机、５架俯冲轰炸机和５架鱼雷机。山口这点兵力在白天组织进攻是难以奏效的，决定等到夜里再发起夜袭。
16时45分，战斗出现了短暂的平静，但6架战斗机还要在航母上空保持战斗巡逻，夜袭的准备工作也在紧张进行。为了找到美军航母的具体位置，山口决定派一架高速侦察机进行搜索。
17时3分，侦察机刚要起飞，瞭望哨就大声喊道：“敌俯冲轰炸机！”面对呼啸而下的美机，“飞龙”号高射炮纷纷开火，舰长加来止男大佐急令：“右满舵！”“飞龙”号动作笨拙地向右猛转，避开了投下来的头三枚炸弹。
但是，更多的美机俯冲下来，接连有四枚炸弹命中舰桥附近，舰桥上的玻璃窗全被猛烈的爆炸震得粉碎，前部升降机附近的舱面甲板被炸得面目狰狞地朝上翻卷，完全挡住了指挥区的视线。大火在飞行甲板上装好炸弹的飞机间蔓延、爆炸。巨大的黑色烟柱腾空而起，“飞龙”号的航速开始减低下来。
17时20分，“大黄蜂”号的舰载机也赶到了，见“飞龙”号已经燃起冲天大火，便转而攻击其他军舰，“榛名”号战列舰、“利根”号重巡洋舰、“筑摩”号重巡洋舰先后遭到攻击，但都未被击中。
不久从中途岛起飞的39架Ｂ－17轰炸机也飞来助战，“飞龙”号再度中弹。21时23分，“飞龙”号完全丧失航行能力，逐渐倾斜。第十驱逐舰分队司令阿部俊雄海军大佐的旗舰“风云号”靠在航母旁边，协助灭火，并为艰苦奋战的舰员提供食物和饮水，“夕云号”驱逐舰则在旁警戒。
最后，眼看回天无力，山口通过“风云”号驱逐舰向南云报告，他已下令弃舰。6月5日2时30分，山口对集合在甲板上的大约八百名舰员最后训话：“我身为航母战队司令官，对‘飞龙号’和‘苍龙号’的损失负全部责任。我将与本舰共存亡，我命令你们全体离舰，继续为天皇陛下效忠。”山口的参谋请求跟他一起留在舰上，但被山口坚决拒绝了。
遵照山口的最后指示，阿部海军大佐下令“风云”号和“夕云”号驱逐舰击沉“飞龙”号。5时10分，“风云”号和“夕云”号向“飞龙”号发射了鱼雷，在一阵震耳欲聋的爆炸声后，“飞龙”号缓缓下沉。直到8时20分左右“飞龙”号才沉没在北纬31度38分，西经178度51分海域。“飞龙”号共有416名舰员丧生。至此，空前规模的中途岛海战宣告结束。
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中途岛海战是海军史上成败瞬息万变的一战，是美国海军以少胜多的一个著名战例。在这场海战中，美军共损失1艘航空母舰，1艘驱逐舰，147架飞机和307人。日军共损失4艘大型航空母舰，1艘重巡洋舰，322架飞机和3500人，另有1艘重巡洋舰和2艘驱逐舰受重创。但更严重的是日本海军损失了2／3的大型航空母舰和几百名熟练的舰载机飞行员。此战使得日军丧失了在太平洋战争初期所据有的海空控制权，从此，东京当局被迫停止了战略上的全面进攻，放弃对斐济、萨摩亚、新喀里多尼亚等岛的主攻作战，改为以守势为主的试探性进攻，太平洋战争开始出现转折。这次胜利是美军在太平洋战争中第一次取得决定性的胜利。中途岛海战不仅沉重地打击了日本联合舰队，也为美国海上反攻赢得了时间。
美国著名海军历史学家塞缪尔·Ｅ．莫里森教授把美军在中途岛海战中的胜利称之为“情报的胜利”。美军提前发现日本的攻击计划，是日本失利的最主要的和直接的原因。这也反映出日本此次作战保密系数不高，至少情报工作做得不好。
但是中途岛海战失利还有一个更加重要的原因，就是作战计划本身是错误的。虽然山本的计划很详细、周密，但该计划有一个致命的缺点，那就是犯了分散兵力的兵家大忌，当时日军在太平洋上占有绝对优势，只需集中全力进攻中途岛，就可稳操胜券，却反而把部队分为几个相距遥远又难以及时相互支援的编队，削弱了自己的优势，分散了自己的兵力，为失败埋下了伏笔。
这次日本对中途岛作战，有些骄傲。趾高气扬的日军自恃占据优势，作战准备难免有几分疏漏，特别是既没有及时修复在珊瑚海海战中负伤的“翔鹤”号航母，也没有迅速为飞行员伤亡惨重的“瑞鹤”号航母补充飞行员，致使这两艘航母无法参加中途岛作战。如果这两艘航母能参加作战，那么在中途岛作战方向，日军航母在数量上就将占有6∶3的绝对优势，南云就可以拥有足够的力量游刃有余地应付美军中途岛岸基航空兵和航母舰载机的同时攻击，极有可能改变战役的最终结局。
主要不是靠运气，主要是因为我们正确利用了所获得的情报。我们的情报比日本人准确，我们的素质比他们好，但日本人也比我们原先想象的要顽强得多。
——美国第17特混舰队司令弗莱彻
双重任务迫使我们不得不将兵力一分为二，这是联合舰队在中途岛战役中最大的失误。
——日本海军中将南云忠一
我们不仅输掉了一场海战，也输掉了整个战争。
——日本海军中佐渊田美津雄
瓜岛大战，
美日你死我活的大争夺
作战时间：1942年8月~1943年2日
作战地点：瓜达卡纳尔岛及其附近海域
作战国家：美国 日本
作战将领
尼米兹：美军太平洋舰队司令。
弗莱彻：美军第六十一远征特混编队司令。
特纳：美军第六十二南太平洋两栖编队司令。
范德格里夫特：美国海军第一陆战师师长。
山本五十六：日本联合舰队总司令。
南云忠一：日本航空母舰编队司令。
百武：日本第十七集团军司令。
三川：日本海军第八舰队司令。
近藤：日本海军中将，舰艇编队司令。
南云忠一：日本海军中将。太平洋战争初期。指挥了日本海军第一航空队的航空母舰群对美国珍珠港的攻击，还指挥了南太平洋支援陆军作战行动。1942年对锡兰的攻击及与美国海军的中途岛之战。1942年8月至10月，领导联合航空队和舰队参加了瓜达卡纳尔之战，后被任命为保卫马里亚纳群岛的中太平洋舰队司令，1944年7月美军在塞班岛登陆后，对战败引咎自责，剖腹自杀。
作战兵力
美国：参战兵力最多时达到6万人，还包括航空母舰在内的数十艘舰艇和上千架飞机。
日本：投入陆军兵力约4万人，还包括航空母舰在内的数十艘舰艇和上千架飞机。
战役之最：
“二战”中太平洋上最大的遭遇战。
美国海军从1898年以来，在太平洋上第一次成功的两栖登陆作战。
“二战”期间太平洋战场上最具有决定意义的一场战役。
■ 被两双眼睛盯上
1942年6月，日本在中途岛惨败，这也使得日军失去了战争初期在太平洋上的制海权和制空权，也失去了战略主动，被迫停止了战略进攻，放弃或推迟了对斐济、萨摩亚和新咯里多尼亚等地的进攻。但日军一心想南下切断美澳交通线的大本营和陆军旧曲重弹，欲一举破除美国从澳大利亚经新几内亚威逼荷属东印度的希望。因此，日军决定继续实施对南太平洋诸岛的进攻，计划先在瓜岛修建航空基地，前出航空兵力，以掩护对新几内亚岛的莫尔兹比港的进攻，在新几内亚岛站稳脚跟后，再向东南逐步推进，进逼同盟国在南太平洋上的重要基地——澳大利亚，以此重新夺回战略主动权。
为此，早在1942年5月，日军的陆军部就开始行动了。大本营陆军部组建了第17军，该军由天皇侍从武官长的弟弟百武晴吉中将任军长，军部设在新不列颠岛的拉包尔，至8月初，该军已辖有南海支队、一木支队、青叶支队等部，总兵力约13个大队，集结于新几内亚东部和俾斯麦群岛，担负攻占莫尔兹比港的任务。大本营海军部则于1942年7月成立第8舰队，任命三川军一中将为司令，下辖第6、第18战队、第29、30驱逐舰大队、第7、13、21潜艇战队，拥有包括重巡洋舰4艘、轻巡洋舰3艘在内的多艘军舰和潜艇，主力部署于拉包尔，以协同第17军作战。联合舰队还增派第25航空战队所辖的百余架岸基飞机进驻拉包尔，以提供空中掩护。
此外，日军继1942年1月进占拉包尔，并将这个港口和附近的机场建设成南太平洋最重要的海空基地后，又于1942年5月占领了图拉吉岛并着手开始修建机场，对附近岛屿进行勘察，发现瓜岛虽然多山多丛林，但瓜岛北部隆加河冲积平原地势平坦，比图拉吉岛更适合建机场，于是6月16日派门前鼎大佐率第11工兵队约2000名工兵登上瓜岛，开始修筑机场。7月1日又加派冈村德长少佐率第13工兵队约700名工兵上岛，加强施工力量，并限令于8月5日前完工。经过紧张的施工，至8月初，瓜岛机场已基本建成，辅助设施也大体完工。
此时，瓜岛有日军工兵2700人，警备部队240人，共约2940人；图拉吉岛有日军工兵140人，航空部队400人，警备部队200人，共约740人。
美国人早就准备沿澳大利亚以东的所罗门群岛北上，发动攻势防御。那么什么叫攻势防御呢？这就是指在战略上采取守势，在战术上采取攻势。中途岛海战后，尼米兹和麦克阿瑟两位将军虽然都主张尽早对所罗门群岛、新几内亚之敌发动反攻，但对如何实施反攻却各有不同的意见。