在舰队编成上，联合舰队将原本分散的主力编队，机动编队，登陆编队三支编队合编为新的主力编队，由南云忠一海军中将指挥，下辖航空母舰7艘，舰载机358架，水上飞机母舰4艘，水上飞机60架，此外还搭载计划用于中途岛的岸基航空兵飞机46架，战列舰11艘，重巡洋舰10艘，轻巡洋舰6艘，驱逐舰54艘，补给舰17艘，运输舰16艘，运载地面部队5800人。
不过为了迷惑M军，舰队出发时间，仍然按照“米号作战”的部署先后出发，只是在30号以后利用天气的掩护互相靠拢，集结后向“幸运角”以北海域运动，其中的运输舰在部分驱逐舰的护卫下，落后于舰队主力航行，将在全歼或击溃美军航母编队后，向中途岛发动登入作战。
这里多出的一艘航母是“瑞鹤”号航母，本来瑞鹤号由于飞行员伤亡惨重而无法参战，但是联合舰队临时将在珊瑚海海战中负伤还没有修复的“翔鹤”号航母的飞行员调到“瑞鹤”号上，于是J国在海战中又多了一艘航母。
而北方编队和先遣侦查编队完全按原来的“米计划”行动，只是对航线略作调整，选择了更容易吸引M舰队，又不会有太大危险的航线。对于M军的北太平洋舰队，联合舰队决定放过他们，以歼灭太平洋舰队航母编队为主要目标，占领中途岛为次要目标。
为了确保M军不会有别的战役部署，J国表面上仍然使用了M军已经破译的密码，所有的电报通讯都按照原来的方案进行，只是舰队却没有按着这些虚假的电文行动。全无察觉的M军一步步掉入了J国的陷阱，现在M军舰队的失败不可避免了。
6月2日M国太平洋舰队，航母编队到达了中途岛以北200海里的“幸运点”，由于M军确信掌握了联合舰队的全部战略部署，在布置侦查警戒网时，采取了针对性布防。
M军在中途岛以西700海里、300海里、150海里分别部署1艘、3艘、6艘潜艇，组成警戒线进行巡逻，在中途岛西北海域部署2艘潜艇作机动巡逻。并从五月底开始每天派出22架次水上飞机对中途岛以西700海里范围按不同扇面进行长达15小时的巡逻搜索，以便在日军舰队进入攻击距离之前就能发现。
但是J国的联合舰队已经改变了攻击路线，一路保持着无线电静默，只采用M军无法截获的数字信号联络，主力编队绕道而行，从M军航母编队的北方接近。各潜艇侦查编队严密监视美军动向，航母上的新型多功能雷达设备在确保通讯的同时，还监听着着M军的通讯。6月2日北方编队故意在M军警戒范围边缘暴露自己的行踪，M军进一步确认了掌握的情报。
当天两国战机首次交锋，中途岛海战爆发。
由于舰载雷达的监测范围和检测性能优越，J国舰队已经不用安排飞机巡逻，只是有部分舰载机做好了随时起飞的准备。6月3日凌晨，联合舰队主力编队在M军没有察觉的情况下，接近了M航母编队。
为了达到更好的攻击效果，一支水上母舰分舰队在午夜时离开主舰队，绕向M舰队西北方，在主舰队舰载机起飞前1个半小时，12架水上飞机分6组先后以不同航线从M舰队西方接近M舰队。很快M军雷达就发现了这些水上飞机，并且误判为侦查编队，三艘航母陆续起飞全部舰载机，向西搜索警戒，同时中途岛上的M机也起飞了一部分向西进行警戒搜索。
在雷达监控显示全部M机起飞后，诱敌的水上飞机转向西南方向飞行，继续引诱M机远离他们的航母。此时J国主力编队接近到舰载机攻击范围内，7艘航母分两批出动全部舰载机，除少数留下警戒机动以外，超过300架飞机以30分钟的间隔组成两个攻击波次，以贴海低空飞行的方式扑向M军的3艘航母。
攻击波次间隔短到只有半小时，是为了更好的发挥突袭的效果，在最短时间内给予没有防备的M舰队最大打击。
等到M军航母的雷达发现大批敌机向自己扑来时，已经来不及召回自己的舰载机了，舰队周围的几架警戒机面对J机群护航的60多架零式战斗机招架乏力，结果以高攻击精度的九九式俯冲轰炸机为主力，九七式水平轰炸机为辅的第一波100架J国舰载机，几乎像训练一样集群攻击了M航母。
为了确保击沉M航母，第一波100架攻击机没有攻击其他美舰，这一波攻击中平均每艘M母舰中弹8发。当第二波攻击机群看到M舰时，第一队回航的美舰载机也终于看到了自己的母舰，但是在雷达的监控下，早有准备的J国两个攻击波次的过百架零式一起迎了上去，牢牢的将美机阻截在最近离航母不到3分钟航程的距离上，而且由于先前M机是分为几队搜索的，现在的回援也是陆续赶到，类似添油战术的现状更不可能冲过大群零式的拦截。
此时三艘M航母都已经多次命中，受创最重的“约克城号”已经开始下沉，第二波的攻击机群将主要目标定为M军的轻重巡洋舰，十几分钟后，攻击完成，一半的M舰被重创。此时中途岛起飞的M战斗机也赶来支援，但是为时已晚，在零式飞架的性能优势和雷达调度下，这些M机一架架被击落。
至此M方的空中战斗机损失大半，航母全部被击沉或开始下沉，主力巡洋舰损失过半。为了挽回局势，转移到一艘重巡舰上的弗莱彻少将命令M军航母上起飞的轰炸机，绕过激战的双方战斗机，借助云层的掩护尾随返航的J国轰炸机，鱼雷机群接近J国航母舰队，刚刚大胜的J国机群在大胜的兴奋下没有发现身后的尾巴。
由于J国雷达操作员还是新手，对敌我识别系统还不熟悉，而且注意力又放在M航母上空的激战，虽然雷达显示了尾随飞行的美机，但是几个操作员却没有在大量的信号中分辨出敌机。直到机群快要回到母舰视距内时，才发现数量不对，这时M机已经发现J国航母，开始拉升准备攻击了，发现这些轰炸机后，源田实海军中佐下令留下保护舰队的26架零式上前拦截，同时下令正在返航的零式机群加速赶回。
被发现的M机及时改变战术，一头冲进正在准备降落的J国机群，躲避零式的拦截，伺机攻击J国母舰，造成了极大的混乱。源田实马上命令所有轰炸机，鱼雷机飞离舰队，但是在混战M机已经只命中一艘J国母舰和一艘重巡，造成他们轻伤。随后M机就在回航的众多零式攻击下全部被击落。但是这一波的攻击导致了J国母舰收回舰载机的进度停止了半个多小时。
最后一架M机被击落后，又过了十几分钟后四散的舰载机才恢复秩序开始陆续降落，此时无论是轰炸机还是零式，燃油都已经不多了。但是中途岛上起飞的的剩余M机已经从另一方向超低空接近J国母舰，当这些美机被发现时，J国的机群还没有三分之一没有完成降落，空中的零式也只有18架了，甲板上满是刚刚降落的飞机
虽然这次雷达操作员第一时间发现了美机，但是空中却没有足够的战斗机可以调度，繁忙的甲板也无法紧急起飞零式。
18架零式前往拦截，和30多架M国战斗机缠斗，40多架M军轰炸机乘机突袭，虽然在M机接近舰队前，又有6架刚刚降落的零式起飞拦截，与美机缠斗的18架零式中也有8架靠着自己的优异性能摆脱对手追了上来，但是M机还是重伤了苍龙号航母和伊势号战列舰（后来沉没），击伤赤城号航母，以及另一艘1艘重巡。
投完弹后残余的美机开始转向逃亡，J国的零式由于油料不足没有继续追赶，但是M军也只有二十多架飞机逃离，在中途岛补充燃油后，这些飞机全部转飞珍珠港。
失去空中掩护的M舰队改变航向，所有舰只向东撤离战场，但是由于一些战舰已经受到重伤，严重拖累舰队速度，加上已经没有了空中掩护，自感要对战败负主要责任的弗莱彻少将决定留在重伤的巡洋舰上，带领志愿人员吸引J国舰队注意力，向中途岛靠近，一方面掩护其余战舰撤离，另一方面为中途岛守军提供有限的帮助。
中途岛上M军开始撤离伤员和非作战人员，其余战斗人员写下遗书，准备死战到底。
4小时后，J国舰载机再次发起攻击，当天晚上J国舰队开始近距离炮轰中途岛。
6月4号凌晨，J国主力编队开始登入作战。
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到6月6日，这场战役的结果传到了基地，J国击沉M军航母3艘，重型巡洋舰5艘，轻型巡洋舰2艘，驱逐舰7艘，潜艇3艘。击伤M军重型巡洋舰2艘，驱逐舰3艘，击落M机268架，M军的太平洋舰队一下子就损失了半数的战力，J国部队顺利占领了中途岛，阿图岛，基思卡岛。
联合舰队自己只损失1艘航母，1艘战列舰，潜艇1艘，另有几艘驱逐舰被M潜艇击伤，一艘航母轻伤，空战中舰载机一共损失18架，由于特意准备了一些救生橡皮艇，沉没战舰上大部分舰员安全转移，相比取得的战果，这样的损失虽然有点意外，但也可以接受。
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