10：50，阿部迅速果断地命令山口“攻击敌航空母舰”。山口随即打信号回答：“我们的全部飞机正起飞前去消灭敌航母。”
眼下的局面正是自命不凡的山口大显身手的好时机。反败为胜，立刻派出飞机去痛击竟敢染指第一航空舰队的美特混舰队，孤军奋战，力挽中途岛战役的败局，在返航日本时让南云灰溜溜地跟在后面，就像他山口风筝上的尾巴——这一戏剧性的情景实在是正中山口的下怀。
“赤城号”、“加贺号”和“苍龙号”所遭的不幸使第二航空母舰战队的参谋们惊恐不已，而山口却镇定异常。他说：“现在我们只剩‘飞龙号’了。我们将牺牲自己，消灭这该死的敌人。”坚守在甲板下各战位上的水兵们没有看见海面上的战斗，他通过舰内通话系统把其他3艘航母均遭重创、特别是“苍龙号”正在燃烧的情况，向他们作了说明。他在广播喇叭中大声说：“现在要靠‘飞龙号’继续奋战，为大日本增光。”
山口将军和加来止男舰长在舰桥上和参战飞行员们一一握手。加来舰长时而讲上一两句话。设备管理参谋久马武男海军少佐虽听不清舰长说的是什么，但话中的真挚感情他是听得出来的：“我不会只让你们去牺牲。”小林道雄海军大尉激动得连牙齿都在打战。久马清楚，这并不是因为小林害怕，而是反映了他完成任务的“决心”。久马说：“我以前还从来没有见过这么感人的场面。”
10：58，由小林统一指挥的18架俯冲轰炸机和6架战斗机已全部升空。俯冲袭炸机平均分成两个组，分别由小林和山下途二海军大尉率领。6架战斗机中，一马当先的是重松康弘海军大尉。在这支部队中，轰炸机所占的比例太大，这种头重脚轻的阵式是山口匆忙中拼凑起来的。由于友永的第一波飞机还要准备再度袭击中途岛，所以山口一时就派不出更多的飞机了。在“飞龙号”上，为腾出跑道供攻击中途岛返航的飞机降落，只好把第二波攻击飞机尽量推到飞行甲板靠舰首的部位，或者把它们送进甲板下的机库。美舰载机临空进行攻击时，舰上给飞机加油和检修的工作还没有完。因此当阿部下令进攻时，山口无法派出鱼雷机去与俯冲轰炸机组成机种配备恰当的攻击部队。但他没有耽搁时间，立即派出了所有能出动的飞机。
11：00，阿部电令“筑摩号”上的三号和四号侦察机：“报告那些敌航母的位置，为攻击部队引路。”10分钟后，“筑摩号”上的五号侦察机报告说；“敌方位70°，距我舰队90海里。”山口等到11：30，仍不见有新的情况报来，就不耐烦地发信号给阿部：“派出水上侦察机，有效跟踪那艘敌航母。”
这次联络有两点很有意思。首先，山口的措辞是“那艘敌航母”，这与两位将军先前通话中“那些航空母舰”的措辞相矛盾。机动部队当时的极度混乱状态，由此也就可见一斑了。其次，山口的措辞是发号施令者的口吻。不论他的职务是否高于对方，这也是越俎代庖。他的脸像侦探一样和蔼可亲，可在他那香肠般的身体里却潜伏着一座迫不及待、野心勃勃的火山。实际上，那天后一段时间，机动部队缺乏统一的指挥。阿部只当了40分钟有名无实的指挥官。11：30，南云就在“长良号”上继续行使职权了。但由于他忙着拟定作战计划，山口成了实际上的空战指挥官。
南云及其幕僚丝毫没有打算认输。他们决定：“全力保护‘飞龙号’，准备作最后一战。”敌人相距不远，“飞龙号”剩下的飞机也许还能扭转战局，诱使美国人打一场夜战。
“飞龙号”的攻击部队于11：40发现目标，于是发回一份密码电报。如果这份电报当即收到并译出，南云就会清楚自己究竟是在同什么样的对手作战。电报说：“敌空中力量之核心为3艘航空母舰。为之护航的是22艘驱逐舰……”侦察员虽未区别巡洋舰和驱逐舰，但所报的舰艇总数是准确的。这一至关重要的情报，50分钟后才到南云手里。
小林的机群发现美国舰队的同时，“约克城号”的雷达也发现45海里外敌机群正从250°方位向第十七特混舰队飞来。“约克城号”随即发出信号，要各支援舰艇组成V形编队以对付敌人的空袭。“阿斯托利亚号”和“波特兰号”加速到30节，分别驶至旗舰舰首两侧，驱逐舰则迅速组成外层防御。
负责航空燃料的机械师奥斯卡·W.迈尔斯迅速着手清除输油管路中的高辛烷值汽油，并注入二氧化碳。这是他自己发明的防火技术。在发现小林机群之前，输油管路不存在危险，被吸回油罐的汽油上面覆盖着一层二氧化碳气体，能防止极其易燃的汽油气外逸。一个装有“大约800加仑纯净航空汽油的辅助油罐”被扔进海里。
战斗机代理指挥员奥斯卡·佩德森海军少校命令他的12架“野猫式”升空，同时向第十六特混舰队的战斗机指挥官请求增援。斯普鲁恩斯从自己的16架战斗巡逻机中派出6架支援他。12日机编队大约还在15海里外，美机就迎着扑了上去。随之发生的是性能优越的零式机和数量上占优势的“野猫式”之间的一场空战，其场面壮观激烈，令人叹为观止。这场空中格斗打得离“约克城号”越来越近。等双方飞机厮杀到航空母舰上方时，大约已有10架敌机被击落。
尚未被击落的轰炸机分成若干小组，开始向航空母舰发起攻击。3架日机缠住亚瑟·J.布拉斯菲尔德。这位美国飞行员战前是密苏里州一位中学教师，在珊瑚海海战中曾击落3架敌机（1架战斗机，1架轰炸机以及1架四引擎巡逻机）。146月4日上午他从母舰起飞时，率领着6架飞机的分队，但经过与重松的零式机的一场混战，来到“约克城号”附近时，他发现就剩下他自己只身一人了。
他瞄准3架日机中的长机，在300码距离上扣动扳机。敌机中弹6发，打着螺旋起火坠落。接着他又闪向左边，在150码距离上向第二架轰炸机嗒嗒嗒地痛打了一阵。敌机几乎在他眼前爆炸，气浪震撼了他那小小的“野猫式”。第三架日机匆忙夺路向云层逃窜，但还没等它逃脱就被布拉斯菲尔德击落了。
显然，小林的轰炸机是飞临“约克城号”上空的飞机之一，因为南云的战斗日志上记载着“飞龙号”领队飞机的一份电报：“我们正在攻击敌航母。09：00。”一分钟后，领队又发电说：“航母起火。09：01。”可是，令人吃惊的是，这份极其重要的报告竟然在50分钟后才送交南云。
“约克城号”的炮手们立即进行自卫。敌俯冲轰炸机以单机呈曲线逼近，这使炮手们颇难对付。敌机俯冲开始后，他们才开始射击。右舷一侧的机关炮一齐对准第一架尖啸着俯冲下来的轰炸机开火，它至少被截成3段，掉进航空母舰右后侧不远的海里。但它的炸弹也落了下来，击中离四号炮座不到20英尺、离舰舷约15英尺的地方，炸死17人，炸伤18人。没有受伤的迅速接替伤亡人员，继续射击，不过火力已大大减弱。
这颗炸弹在飞行甲板中部炸出一个10英尺的大洞后，掉进机库里，造成3架飞机起火。其中2架是“企业号”的受伤飞机，另1架是“约克城号”自己的，它不仅加满了汽油，而且装载了一颗1000磅重的炸弹。负责机库的军官A.C.埃默森海军上尉立即打开消防喷水装置，很快把火扑灭。
第二架日飞机刚俯冲投弹完毕，就被准确的炮火打得粉碎。炸弹啸叫着紧擦舰尾而过，入水后爆炸。这时轰炸机的碎片也溅落在航母尾部拖起的浪花里。炸弹的弹片杀死杀伤了后左舷炮的几名炮手，在尾甲板上引起几处小火。但火势很快就被炮兵军官和其余的炮手控制住了。
日机一个小组从左侧俯冲而下。其中只有一架飞机投下一颗炸弹，接着它自己就在航母左舷外不远处坠毁。“约克城号”算是运气，因为这颗炸弹装有缓爆引信。这炸弹在飞行甲板上轰隆隆地直往前冲。它穿过副舰长办公室，又闯进VS-5的待机室。飞行计划参谋查理·N.科纳斯特海军少尉当时正在待机室里忙着。炸弹撞坏了那里一只每个美国办公室都必备的大咖啡壶，让人提神醒脑的咖啡淌得到处都是。那颗炸弹一路势如破竹，最后在航空母舰巨大的燃烧着的心脏——烟囱里爆炸。爆炸的冲击使锅炉熄火，一号、二号和三号锅炉的烟道也全部被毁。航母的航速立刻降到只有6节左右。不到20分钟，“约克城号”就纹丝不动了。
与此同时，第三颗，也是最后一颗命中该舰的炸弹落在一号升降机井里，在舱下第四层甲板上爆炸，造成前汽油库和弹药舱隔壁堆放破布的舱内起火。损管军官克拉伦斯·E.奥尔德里奇海军中校立即率消防人员灭火。如果火势蔓到附近的易燃物品上，就会使“约克城号”起火爆炸飞上天。水龙头把弹药舱浇得满地是水，同时也硬是靠水龙头和消防斧，才扑灭了破布舱内的大火。
多亏损管人员行动迅速，这3颗炸弹在“约克城号”上才没造成严重损失。这艘航母在珍珠港经过神速的大修后，被派到中途岛海面。这次经过2个多小时的奋力抢修，它又奇迹般地投入了战斗。
以前，在海上那些漫长的日子里，巴克马斯特海军上校总是让舰员们针对各种可能设想到的紧急情况进行训练，所以现在他们都知道该做什么。木工扛着沉重的木料赶到飞行甲板上，凭他们的熟练技术和坚强决心，只用了25分钟就修复了甲板。
在负责轮机的约翰·F.德拉尼海军少校指挥下，轮机兵和锅炉工也创造了奇迹。一等武器技士查尔斯·克兰史密斯和他的一号锅炉的人员冒着令人窒息的炽热、呛人的烟雾以及随时都可能被炸得粉身碎骨的危险，迅速烧出了足够的蒸汽，从而带动了辅助动力系统。炸弹在烟囱爆炸发生1小时又10分钟之后，“约克城号”降下故障旗，升起“我航速5节”的信号旗。这时，它的护航舰艇将它团团围住，每艘舰上都爆发出兴奋与亲切的欢呼声，这声音温暖着巴克马斯特的心田。蒸汽压力不断上升，抢修工作继续进行，“约克城号”的航速也逐渐增加。14：37，它的速度达到19节，并不算快，但已够体面的了。
与此同时，弗莱彻决定把帅旗移至“阿斯托利亚号”。虽然“约克城号”一时还没有危险，但它作为旗舰已经不合适了。这项决定十分明智，也非常实事求是，它体现了真正的弗莱彻作风。他和参谋人员离开巴克马斯特舰长和他的舰员，彼此各司其职，互不干扰，这对于各有关人员都更合适。弗莱彻不选别的护航舰艇，而选中“阿斯托利亚号”，一来是因为它就在附近，二来是因为他的参谋长和亲密战友波科·史密斯正在该舰上指挥着各巡洋舰。
13：13，弗莱彻的参谋人员开始从右舷攀绳而下，登上“阿斯托利亚号”的二号机动救生艇。弗莱彻刚跨出一条腿，又停下来对负责的水手长说：“干这玩意我他妈的有点老啦，最好用绳子把我吊下去。”于是两名水手兵把他像条大鱼似的拴在单套结绳子的一端，慢慢放了下去。
11分钟后，弗莱彻一行上了“阿斯托利亚号”，接着救生艇又去接剩下的人，第二趟接人正待结束、最后一个人刚攀上巡洋舰的绳梯，这时两架SBD几乎挨着舷梯迫降下来。这是攻击“苍龙号”后油料耗尽的莱斯利和霍姆伯格。这两个飞行员以及他们的机枪手敏捷熟练地从橡皮筏跨上救生艇，然后顺绳梯爬了上去。他们所选择的时机极佳，动作极为娴热，就像经过了几周演练似的。
在攻击“苍龙号”后，VB-3的无畏式全部安全飞离，向“约克城号”返航。众机在飞抵航程大约一半处会合，然后编成整齐而有规则的中队队形，像打靶归来似的返航。他们刚发现“约克城号”，就接到舰上指示，要他们飞离，以避免将要开始的空袭。这15架SBD在天上盘旋，直到日机全部飞离后才向“企业号”飞去。“企业号”一时未认出是己方飞机，朝它们开了几炮，这些SBD不得不进行规避。莱斯利和霍姆伯格因在这一海域盘旋寻找被击落的飞机，所以汽油耗尽。
斯普鲁恩斯看见天边升起一柱浓烟，便派“彭萨科拉号”和“文森斯号”重巡洋舰以及“本汉姆号”和“巴尔奇号”驱逐舰驰援弗莱彻。2分钟之后，即12：37，“企业号”开始回收VB-3的飞机。“企业号”和“大黄蜂号”一起给VF-3的飞机重新加油装弹。与此同时，“约克城号”的作战自给能力每分钟都有所提高，它为10余架“野猫式”进行了加油装弹。
“大黄蜂号”这一天连遭挫折，过得凄凄惨惨。它的鱼雷机损失殆尽，俯冲轰炸机根本未能参战，而战斗机又因缺油不得不在海上迫降。现在，它行善助人，接受“约克城号”的“难民”，却又遭到一次打击。一名受损的“野猫式”飞机的驾驶员在摔降时没有关上机枪保险。降落时的冲撞触发了机枪。子弹打在母舰的上部结构上，击穿了一英寸厚的钢板以及一根工字钢梁。流弹打死了5个人，打伤20余人。死者中有才干卓著、大有前途的罗亚尔·R.英格索尔第二，他是美大西洋舰队司令的儿子。
英格索尔海军上将“虽然身材并不魁梧，却是个伟人……总是把海军的最大利益置于个人的感情或欲望之上”。珍珠港事件后不久，一位同事偶然中听见他“对儿子说，现在美国已经宣战，真正的军官不应想着留在陆上，应去海上供职”。因此，当听到儿子牺牲的噩耗后，他感到打击特别沉重。在公开场合，他表现很坚强，但有一天深夜，当办公室只剩下他和他的同事时，他告诉这位深怀同情的朋友，“他建议儿子出海，结果儿子死了，他心都碎了”。中途岛战役的胜利来之不易，高级将领和普通士兵都为之付出了巨大的代价。
（上）美舰“企业号”
（下）美舰“约克城号”
（上）美海军陆战队在中途岛登陆
（下）来自明尼苏达州明尼阿波利斯的海军陆战队上等兵斯坦利·G.本森观看中途岛上特有的信天翁。他站在那里看它们翩翩起舞。五分钟之后他摇摇头离开了它们
（上）中途岛的油库被日本炸弹击中后拍下的照片。注意看前景中的信天翁
（下）中途岛上被击毁的F4F
1942年的中途岛。这是岛上一座机库遭空袭后的内部场景
一架日本鱼雷机击中“约克城号”的场景
美舰“约克城号”的沉没场景
沉没前不久的“约克城号”
道格拉斯公司生产的SBD无畏式单引擎轰炸机
遭重创的日舰“三隈号”
遭重创的日舰“最上号”
被美舰“贝纳姆号”救起的“汉曼号”上的幸存者