7时10分，首批从中途岛起飞的10架美军鱼雷轰炸机出现在南云舰队的上空。美军飞机排成单行，扑向日航空母舰。在日军战斗机的截杀和日舰猛烈的炮火下，很快就击落了7架。
友永的报告和美机的攻击，使南云中将相信中途岛的防御力量还很强，于是决定把原来准备用于对付美舰的飞机改为对中途岛进行第二次轰炸。此时，他仍然没有发现美军舰队。
7时15分，南云下令赤城号和加贺号将在甲板上已经装好鱼雷的飞机送下机库，卸下鱼雷换装对地攻击的高爆炸弹。
7时30分，南云接到利根号推迟半小时起飞的一架侦察机发来的电报，距中途岛约240海里的海面发现10艘美国军舰。
南云命该侦察机继续查明敌人舰队是否拥有航空母舰，同时命令暂停对鱼雷机的换弹。
就在南云等待侦察机的侦察结果时，空中再次响起了警报。40余架从中途岛起飞的美军B-17轰炸机和俯冲轰炸机扑向南云的舰队。由于美军的轰炸机没有战斗机护航，结果很快的就被南云派出的零式战斗机击退。
8时15分，南云终于接到了侦察机传来的报告：美军舰队里确实有航母的存在。南云下令各舰停止装炸弹，飞机再次送回机库重新改装鱼雷，日本航空母舰的甲板上一片混乱，为了争取时间，卸下的炸弹，都堆放在甲板上。
8时30分，空袭中途岛的第一攻击波机群返航飞抵日本舰队的上空。还有那些保护航空母舰的战斗机也需要降落加油。
南云处于进退维谷的境地。第二航空母舰战队司令山口海军少将向南云建议“立即命令攻击部队起飞”。
第二批突击飞机换装鱼雷还没有完成。如果马上发动进攻，也没有战斗机护航。而且舰上的跑道被起飞的飞机占用，那么油箱空空的第一攻击波机群会掉进海里。
南云决定把攻击时间推迟，首先收回空袭中途岛和拦截美军轰炸机的飞机，然后重新组织部队以进攻美军特混舰队。
8时37分。返航的飞机开始相继降落在四艘航空母舰飞行甲板上。
9时18分，全部飞机的作业完毕。南云命令舰队以30节的航速向北航行，以避开再来攻击的美机，准备全力进攻美军特混舰队。
9时20分，掩护日本舰队的战斗机开始起飞。
9时25分，一队由大黄蜂号起飞的15架“复仇者”式鱼雷轰炸机组成的编队发现了南云舰队。不幸的是。他们的燃油即将耗尽，而且没有战斗机护航。在自杀式攻击中，被零式战斗机和高射炮火全部击落，30名飞行员除1人生还外全部遇难。
9时30分，从企业号、约克城号起飞的28架美军战机陆续尾随而来，向苍龙号和飞龙号展开攻击。然而在攻击南云舰队的时候遭到重创。损失了20架鱼雷轰炸机，美机所投鱼雷竟无一命中。
10时20分，由美军的攻击飞机甲板开始执行给护航的零式战斗机加油加弹作业，无法准备反击波。正当日军战斗机在低空忙着驱赶美军鱼雷机时，南云舰队的上空出现了33架由克拉伦斯?麦克拉斯基少校率领从企业号起飞的无畏式俯冲轰炸机。
此时，日舰正在掉头转到迎风的方向，处于极易受攻击的境地。只停放着几架零式战斗机
10时24分，第一架换班的防空日本战斗机飞离飞行甲板时。企业号的33架“无畏”式俯冲轰炸机，分成2个中队分别攻击赤城号航空母舰和加贺号航空母舰（此时该几舰没有做好放飞攻击编队的准备），接踵而来的是17架从约克城号航空母舰上起飞的“无畏”式俯冲轰炸机则专门攻击苍龙号航空母舰。
日军的3艘航空母舰刹那间变成了三团火球，堆放在甲板上的的飞机以及燃料和弹药引起大爆炸，火光直冲云霄，短短的5分钟，日本三艘航空母舰被彻底炸毁了。
10时40分，接替指挥空中作战的日第2航空战队司令官山口多闻少将发动反击，18架由日本自行研制、实际上是安西提供部分技术让他们升级而弄出来的“九九”式俯冲轰炸机和6架零式战斗机组成的攻击编队从飞龙号航空母舰起飞。
飞向目标途中。发现了一批正在返航的美军轰炸机，便悄悄的尾随。就因如此，日机成功的找到了约克城号，并立即发动攻击。3颗炸弹命中约克城号，虽然遭到破坏。但是在美军船员的极力抢修下，恢复了航行功能。
11点30分，南云中将及其幕僚转移到了长良号巡洋舰，开始集合残余的舰队。
13时40分，10架日军“九七”式鱼雷攻击机和6架“零”式战斗机又从飞龙号飞来，对受伤的约克城号发起了第二次攻击。
约克城号这次就没那么幸运，被两枚鱼雷击中，左舷附近掀开两个大洞，并把舰舵给轧住了。弗莱彻少将被迫转移到巡洋舰，将指挥权移交给斯普鲁恩斯少将。
14时45分，美军侦察机发现日军飞龙号航空母舰，斯普鲁恩斯立即命令企业号、大黄蜂号航空母舰的30架“无畏”式俯冲轰炸机起飞，去攻击飞龙号。
15时00分，美军约克城号的舰长巴克马斯特被迫下令弃舰。然而，它却并没有沉没，于是美军又回到该舰上，试图由拖船拖向珍珠港。
16时45分，美军企业号航空母舰的俯冲轰炸机成功地攻击了日军剩下的飞龙号。飞龙号当即命中4弹，船上一片火海。舰长加来止男随舰葬身大海。山口司令官不愿离舰，最终与飞龙号一起沉入海底。
9月1日晚19时，已经被摧毁的日军苍龙号、加贺号航空母舰先后沉没。
9月2日2时55分，日本联合舰队司令山本五十六大将否决了其首席参谋黑岛大佐提出的集中全部舰只在白天轰炸并登陆中途岛的挽回败局的方案。下令：“取消中途岛的占领行动。
”并表示“所有责任由我一个人来担当，我回去向天皇陛下请罪。”他把自己关进会客室，一连三天拒绝会见部下。
9月2日夜间，日军两艘重巡洋舰最上号和三隈号在浓雾中转向时互撞，最上号重创。三偎号留下陪伴左右。、
3时50分，日军被迫放弃被摧毁的赤城号航空母舰，为了避免航空母舰落入敌手，山本命令野分号驱逐舰发射鱼雷将其击沉。
5时10分，无法挽救的飞龙号航空母舰被日军驱逐舰发射的鱼雷击沉。
9月2日天亮，美军飞机一波又一波的轰炸负伤的日军巡洋舰三隈号、最上号。三偎号葬身海底。而重伤的最上号反而逃过大难，挣扎着回到特鲁克的基地。攻击结束以后，美军特混舰队随即撤离战场。
13时，日军I-168号潜艇发现了约克城号，随即发射4条鱼雷，2条命中约克城号。1条命中护航的哈曼号（DD-142USSHammann）驱逐舰，两舰相继沉没。
一天多的时间，一场决定了太平洋战场新局面的中途岛海战就此落下帷幕。这次海战的结果，是日本、是山本五十六吃了败仗。被美国人以惨胜形式，第一次再太平洋正面战争中击败。
面对这样的一个结果，山本五十六很是不服气。他一不服气，不是先想着如何去对日本天皇和军部大佬们做交代。而是直接给唐朝发了电报：恳请伟大的唐先生，尽快卖给我们一些巡航导弹和技术！我要报仇、我要打垮美国佬！
要巡航导弹？唐朝没有想到，山本五十六吃了败仗以后，不是想着如何凭借其自身实力去扭转战争局面。居然在吃了打败仗之后，先想到的是找安西来要巡航导弹。
巡航导弹的威力，全球各国有目共睹。也是中途岛海战结束的几乎同时，安西共和军希腊派遣军与西亚远征军同时停止导弹的密集轰炸。
希腊方面三个集团军，与西亚联军几乎是再丝毫没有遇到抵抗的情况下，便轻松地同时攻占的麦加与雅典、宣布两场战役日、同时结束。
这两场战役，无论是日本还是美国。都有战地记者每天将最新情况反馈给他们的媒体、再由媒体通报给执政者。自然的，山本五十六很清楚，安西能够用几万人的损失，便轻松解决掉两个麻烦制造者，巡航导弹的威力与效用是他能到美国人身上找回颜面的唯一利器。
然而唐朝呢？之前日本就提出过。让安西卖巡航导弹给他们，当时唐朝没有同意。这一次，唐朝的态度会如何呢？还是老样子，巡航导弹坚决不卖。无论技术，还是发射器与弹体，都不卖。
不卖归不卖，唐朝也不希望太平洋上的战火太早熄灭。那样的话，对于安西而言并非是好事，更可能是坏事。
所以，不卖巡航导弹技术，唐朝还是给了山本五十六一个新的军售允诺：巡航弹你别想了，我可以卖给你一些非巡航的导弹。譬如我们淘汰下来的那些第二代弹道导弹，有了这些弹道导弹，你们日本一样能远程对美国进行攻击……
对于唐朝一贯做法就是自家绝对领先的武器，绝对独家拥有从研发、到生产再到使用的权利这一点，山本五十六其实也很清楚。他提出购买巡航导弹的要求，其实也只是一时气急败坏、口无遮拦似的说出来而已。他内心里，其实早预料到唐朝绝对不会卖给他的。
但让他没有想到的是，唐朝并未全部拒绝对他新军售上的支持。听到唐朝愿意卖弹道导弹给日本以后，他立即连价格都不问便同意了。