1942年4月2日為了回應珍珠港事件美軍詹姆斯杜立特中校率領飛機 轟炸了東京，這大大提升了美國人的士氣，日本也因此撤回了一些戰鬥機中隊保護主要城市，日本人依然相信自己是不可戰勝的，因此倉促地展開了海上報復行動--MO行動。這一行動不僅要抱美國空軍空襲東京的一箭之仇，還要打開通往夏威夷群島的門戶，他們的目標是巴布亞新幾內亞的首都莫爾斯比港。然而這場歷史上首次航母的對決，日本海軍卻處於不利地位，並沒有攻下莫爾斯比港，MO行動徹底失敗了。
隨後日本參謀本部批准了6月3日攻打中途島的計劃，由山本五十六策劃實施，採取類似偷襲珍珠港的策略，迅速果斷地完成這場登陸戰，行動過程中山本五十六會統率艦隊主力守在一定距離之外，以防範美軍艦隊反擊。同時為了牽制美軍太平洋艦隊的主力，五月底或六月初日軍會攻擊阿留申群島的阿圖島和吉斯卡島，為奪取中途島創造有利條件。5月20日美國情報部門已經聽到風聲，日軍正在為月底一項軍事行動做準備，並用字母AF來代稱這次行動的攻擊目標，美軍猜測AF所指的就是中途島。
為了進一步確認美國人給中途島指揮官發了一封電報，電報上說為了解決島上的飲水問題，他們會把必要的蒸餾設備送到島上去。第二天他們再次截獲了日本的情報，這份情報告知日本所有作戰部隊AF沒有淡水，驗證了AF正是中途島。
5月25日日本海軍的一部分艦隊駛向了阿留申群島，由海軍上將南雲忠一率領的第一航母特遣艦隊和山口多聞指揮的第二特遣艦隊，靠近中途島環礁。儘管此時美軍已經掌握了日軍計劃，但是美國太平洋艦隊司令尼米茲非常清楚中途島的重要性，他和美國總統羅斯福一樣，希望在中途島打一場決定性的戰役，徹底擊碎日本人的野心。
美軍的作戰計劃目標非常明確，在第一次突襲中他們必須集中火力摧毀日本艦隊的四艘航母，而且要一擊命中打完就撤。他們要避免遭到反擊，因為一旦日軍擊沉美國航母，整個太平洋地區和美國西海岸都可能落入日軍手中。
5月31日美國艦隊越過法國巡洋艦淺灘號悄無聲息的穿過了日軍的預警線，駛向了各自的作戰海域，日本艦隊有29艘潛艇負責偵查任務，然而當他們到達偵查地點時已經錯過了時機，沒能發現美軍艦艇的動向。
在北面的日軍按計劃攻擊了阿圖島和吉斯卡島，他們幾乎沒有遇到守軍的任何抵抗，一舉摧毀了荷蘭港的軍事設施和燃料儲備。為了迷惑山本五十六讓他相信計劃的第一階段已經成功，美軍派出五艘巡洋艦和十艘驅逐艦前往阿留申群島佯裝攔截日軍。
6月3日清晨一個名叫喬貝爾雷德的美軍飛行員向指揮所發來報告，說發現至少有十一艘日軍戰艦正在從中途島以西大約一千公里的地方朝中途島快速駛來，尼米茲立刻命令十架B17轟炸機從美軍基地起飛，對這些日軍戰艦實施高空轟炸。
尼米茲和美軍指揮官們分析了當前的形勢，他們都認為偵察機所發現的日軍並不是日本艦隊的主力，因此命令偵察機在中途島西側從北到南大約180度的範圍內繼續搜索，儘管仍沒有發現敵人的蹤跡，但緊張情緒已經在水兵中瀰漫開來。此時南雲忠一指揮的日軍艦隊已經駛向了位於中途島西北320公里處的目的地，艦隊一共有165艘艦船，其中包括八艘航母，甲板上的234架飛機正準備起飛，這些飛機將對中途島展開第一波進攻。
6月4日五點日軍赤城號上的水手突然發現了一架美軍卡特琳娜水上偵察機，日軍派出零式戰鬥機追了上去，結果卻沒能把它擊落。美軍飛行員躲入了雲層，擺脫了日軍的追擊，同時也通知了美軍艦隊發現了日軍航母。幾分鐘後另一架偵察機也發來消息，日軍飛機正飛向中途島。中途島上的守軍飛機馬上起飛，開始搜索日軍艦隊和飛機確定其方位，同時在中途島東北四百公里的地方，美軍第16和第17特遣艦隊也進入了備戰狀態，這場二戰中意義重大的海戰正式開始。
當第一波日本零式戰鬥機抵達中途島時，美軍只能派一批新兵飛行員駕駛陳舊的野牛式戰鬥機迎戰，結果很快被擊落了，但是島上的美軍防空炮還是摧毀了大部分日軍飛機。面對如此頑強的抵抗，指揮日軍機群的日軍中尉認為，他們需要更多時間才能摧毀島上的起降跑道，於是他向南雲忠一提出，在開始登陸前他們應該發動第二波空襲。6月4日七點日軍四艘航母的甲板上，轟炸機已經整裝待發，準備再次空襲中途島，南雲忠一命令轟炸機把炸彈換成魚雷，防止停在珍珠港的美軍艦隊趕來援救，可是日軍潛艇居然傳回消息說他們沒有發現美軍艦隊，南雲忠一的內心開始驚疑起來。
就在日軍指揮官不明就裡的時候，美軍B17轟炸機在復仇者戰鬥機的護航下趕來了。但是日軍航母上密集的炮火同時啟動，加上日軍零式戰鬥機快速展開攔截，最終十架美軍飛機全部被擊落了，美軍的攻擊行動失敗了。
同時監視珍珠港美軍艦隊動向的日本潛艇還沒有收到消息，南雲忠一非常不安，既然沒有發現美軍艦隊，他的飛機就沒有理由耽擱了，應該直接殺向中途島，於是他命令飛機再把魚雷都換成炸彈。七點三十分日軍偵察機報告，在中途島東北三百公里的地方發現了美軍戰艦，這讓南雲忠一緊張起來，他下令停止更換彈藥，飛機再次換上魚雷，這一反覆讓各艘航母上的日軍飛行員和水手出現了意見分歧。
八點十五分南雲忠一的偵察機傳回了新的情報，報告上說這一海域沒有美軍航母，美軍艦隊只派出了巡洋艦，這位日本海軍上將終於鬆了一口氣，似乎已經勝利在望了，他下令整個艦隊攻擊中途島以及沿途遇到的美軍。
然而從日軍里根號上推遲起飛的偵察機終於向日軍旗艦傳回了消息，他們發現了美軍航母約克城號，南雲忠一簡直不敢相信自己的耳朵，在這之前他的潛艇和偵察機竟然完全沒有發現。日本防空炮火和零式戰鬥機以強大的火力迎擊美軍飛機，擊落了其中的大部分飛機，就在日軍們正在為空戰勝利進行慶祝時，南雲忠一則開始擔心這一海域還藏有其他美軍航母。
他猜的沒錯，隱藏的企業號和大黃蜂號已經逐漸靠近了日軍艦隊，還派出了新一批無畏式轟炸機對日軍的三艘航母進行了轟炸。這些美軍轟炸機幾乎沒有遇到任何空中攔截，因為日軍大部分飛機都已經飛向了中途島，少數因尋找美軍艦隊而留下來的飛機也都在加油或者補充彈藥，只有幾架飛機在美軍飛機趕到前成功起飛了，但是他們無法拉昇到進行空戰的高度。短短几分鐘時間內，幾名美軍飛行員就摧毀了三艘日軍航母，這支日軍艦隊只剩下了飛龍號航母，它正躲藏在東北方向的濃霧當中。
此時的飛龍號航母指揮官山口多聞目睹了戰鬥的全過程，他決定對美軍航母展開反擊，希望依靠零式戰機、九九式戰機和極電式戰機從美軍艦隊手中把勝利果實搶奪回來。美軍約克城號發現了日軍飛機，匆忙組織野貓戰鬥機進行攔截，但被日軍飛行員三次命中目標並開始漏水。
當日軍飛龍號決定再派出一批飛機徹底擊沉這艘美軍航母時，卻因為空襲行動暴露了自己的位置，遭到了隱藏在後方的美軍企業號的攻擊。美軍飛機與拼死掩護航母的零式戰鬥機展開了激烈的廝殺，日軍航母也全速航行不斷改變航向，以躲開下落的炸彈，但是仍有四枚炸彈命中了船橋和甲板，飛龍號燃起了大火併發生了劇烈爆炸，幾個小時後沉入了海底。絕望中的山本五十六想要拼盡全力和美軍決一死戰，他下令所有艦隊發起反擊，可是美軍司令尼米茲已經把他的艦隊撤向了北方。
中途島戰役徹底改變了太平洋戰爭的走向，在這場戰鬥當中美軍損失了一艘航母、一艘驅逐艦、155架飛機和260名士兵，日軍則損失了四艘航母、一艘巡洋艦、250架飛機和3100名士兵，在這一戰之後日本的空中和海上打擊能力遭到了重創，徹底喪失了在太平洋的主導地位。
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