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日軍攻擊機群飛到中途島上空的時候，小川率領的九七式俯衝轟炸機，冒著美軍猛烈的高射炮火，超低空投下了所攜帶的250千克炸彈，九九式水平轟炸機則在3500米高度用800千克重磅炸彈集中轟炸了東島機場，日機還轟炸了東島和桑德島的機庫及其他地面設施。日軍以3架九九式和1架九七式被擊落的代價，炸毀了發電廠、儲油罐、機庫等一些地面設施。
6時07分，弗萊徹命令斯普魯恩斯根據巡邏飛機報告的日艦隊位置進行攻擊。斯普魯恩斯準備繼續航行縮短同日軍的距離，於9時再起飛飛機。但參謀長米爾斯。布郎寧上校認為如果7時起飛的話，將在日軍攻擊中途島的飛機返回著艦時到達其上空，就可抓住這一有利時機進行攻擊。
斯普魯恩斯沉思片刻採納了他的建議，於7時02分命令‘企業’號起飛14架TBD魚雷機、33架SBD轟炸機和10架F4F戰鬥機，‘大黃蜂’號起飛15架TBD魚雷機、35架SBD轟炸機和10架F4F戰鬥機，共117架飛機前去攻擊，只留下8架轟炸機和36架戰鬥機用以自衛。
弗萊徹考慮到偵察機只發現了日軍2艘航母，決定保留一半飛機，於8時30分只起飛了12架魚雷機、17架轟炸機和6架戰鬥機。
7時剛過，從中途島起飛的美軍岸基飛機開始攻擊日軍艦隊。首先是菲伯林上尉率領6架TBF‘復仇者’魚雷機對日軍‘飛龍’號和‘赤城’號兩艘航空母艦進行攻擊，在日軍戰鬥機的攔截下被擊落5架，僅1架投下魚雷，未擊中任何目標。
緊接著，柯林斯上尉率4架B—26轟炸機對‘赤城’號航母進行魚雷集中攻擊，均被‘赤城’號航母規避，反被擊落2架。
南雲忠一見美軍岸基飛機威脅較大，而凌晨派出的偵察機又沒發現附近有美軍軍艦，所以於7時15分下令在甲板上待命的第二攻擊波的魚雷機卸下魚雷，換上炸彈，準備轉用於攻擊中途島的地面目標。
而美國人和日本人都沒有料到的是在美國艦隊西北部的海域裡，有幾個潛望鏡從海水裡露了出來，它們在海水裡遊動著，慢慢跟著美國艦隊移動。
東方戰線 中途島戰役（下）
在海里跟蹤美國艦隊的正是德國那三艘觀戰的潛艇。他們在到達預定海區後，很快就發現了隨後到達的美國艦隊。
隨德國潛艇的日本海軍觀察官在潛望鏡里看見天水交際處的美國艦隊的時候，有些興奮的他立即要求德國潛艇編隊指揮官指揮德國潛艇編隊攻擊美國艦隊。這個要求被給婉拒了，理由是現在美國艦隊目前已經靠近戰區，防空和反潛的措施十分到位。而德國潛艇編隊只有三艘潛艇，以三艘潛艇進攻戒備森嚴的美國艦隊無異於拿自己的生命在死神面前開玩笑。現在要做的或者是只能做的就是等待。
日本海軍觀察官見無法要求德國潛艇攻擊美國艦隊，轉而提出使用潛艇上的電台發報給聯合艦隊旗艦‘大和’號戰列艦，向他們發出‘發現美國航母編隊’的警告。而這個要求也一樣被拒絕了。德國人的理由是潛艇電台功率有限，如果發報不一定能讓聯合艦隊旗艦‘大和’號戰列艦收到，反而有可能會讓附近的美國艦隊截收到，美國艦隊雖不一定能破譯出電報密碼，但是它可以追蹤無線電發射方位，然後派出驅逐艦實行反潛，那樣就得不償失了，而且日本艦隊在攻擊前一定會派出飛機實施航空偵察，南雲也有遭遇美國艦隊反擊的方案，德國潛艇用不著冒著被發現的危險去做這件事情。德國潛艇要做的事情就是跟蹤美國艦隊，在時機合適的時候對美國艦隊實施攻擊。
至於什麼時候是時機適合的時候，多蒙德海軍上尉認為那就是美國航母艦載機在起飛和降落的時候，這時航母都必須進入起飛陣位，也就是說逆風前進，以迎面吹來的海風給飛機以足夠的升力，降落也大致一樣，用逆風為降落的飛機減速，這個時候航母運行航線十分呆板，沒有辦法對潛艇發射的魚雷實施規避。
多蒙德海軍上尉認為在這連兩個機會中最適合的機會就是美國艦載機攻擊完成後返航在航母上空盤旋的時候，這時飛機油箱內的燃油不會很多，這個時候就是最合適的時候。如果飛機不能降落在航母上，除非航母很靠近岸邊，否則飛機都只有在海上迫降的份。而且迫降在海面上的飛機還會干擾驅逐艦對潛艇的搜索和攻擊。潛艇只要想出辦法接近航母，進入魚雷發射陣位就可以說是勝券在握了。
在日本艦隊這邊，7時55分，美軍的岸基飛機又來了。先是亨德森少校率領的16架SBD‘無畏’俯衝轟炸機抵達戰場，由於他屬下的飛行員都是剛從航校畢業的新手，沒有俯衝轟炸的經驗，亨德森只好組織從600米高度進行下滑攻擊，當他為那些新手做下滑攻擊的示範的時候，被日軍驅逐艦高射炮命中，在後面的美國飛行員雖然是菜鳥，但是也冒著日軍的高射炮進行攻擊。但被擊落8架，重創6架，投下的炸彈無一命中。隨後是斯威尼少校指揮的部隊，在日軍戰鬥機攔截和艦炮射擊下，被擊落5架，只有4架進行了攻擊，也未獲戰果。
在這個時候，正在艦橋里看著美國飛機進攻的南雲突然接到了一架偵察機的報告，稱在距離日本艦隊200海里處發現10艘美艦。
這個電報把南雲和他的參謀長草鹿都給嚇了一跳，美國艦隊怎麼會來得這麼快，裡面有沒有航母？但是這報告很模糊，沒有美國艦隊的艦艇編成。不過草鹿認為這個美國艦隊可能沒有航母，不能中斷甲板上剛才奉南雲的命令正在進行魚雷換裝炸彈的任務。而南雲認為這樣規模的艦隊裡面沒有航母是不大可能的，他立即命令偵察機抓緊偵察清楚美國艦隊的艦艇編成。