對日軍來說，占領了中途島，就可以把中部太平洋的防禦圈大大向東推進，並可利用島上的海空軍基地，有效地監視和警戒夏威夷群島的太平洋艦隊的行動。另一方面，日軍占領中途島，還可以在美國中部太平洋防禦圈上打開一個缺口，威脅夏威夷群島，並將其作為日後攻占夏威夷的跳板。
山本五十六以他超人的眼光，清楚地看到了中途島的重要戰略戰役價值。他主張盡快進攻中途島。山本之所以極力主張進攻中途島，還有一個更為宏大的戰略構想，即：以攻擊中途島為誘餌，誘殲美國航母艦隊。
然而，當山本海軍上將提出進攻中途島的設想後，在軍界高層引起了軒然大波。日本陸軍和海軍首腦紛紛搖頭，認為日本去占領位于夏威夷大門口的中途島是不可能的，即使占領了，也很難守得住。日本海軍軍令部長永野修身海軍上將和副部長伊藤整一海軍中將，都反對山本的這一作戰計劃，認為山本是被勝利沖昏了頭腦，簡直是拿帝國和皇室的命運去冒險、胡鬧。他們提出一大堆理由反對山本，甚至對中途島的戰略價值也提出了疑問。他們還認為，山本五十六盡管具有非凡的勇氣和才干，但他沒有指揮如此大規模海戰的經曆。中途島攻擊戰將投入日本海空軍力量的全部主力，這個賭注過大。
山本是一個認死理的人，他一旦認准了的，就會堅決干到底。在珍珠港之戰中，他就是憑著這股子韌勁才力排眾議，使他的設想得以實現。為了解釋和說明自己的作戰思想，他來到軍令部，唇槍舌劍地與永野海軍上將辯論。他說：“日本占領太平洋的戰略障礙是美國的艦隊。開戰兩年內如果日本不能取得決定性勝利，日美之間的軍事均勢就要被打破，美國就會取得戰略上的主動。在時間緊迫的情況下，惟一的辦法是速戰速決，盡快摧毀敵海軍的主力。而如果我們進攻中途島，美軍就會派出其太平洋艦隊主力支援，這時我們就可與敵人進行艦隊決戰。”山本認為，進攻中途島，向夏威夷方向擴大戰果，可以促使美國喪失作戰意志，因為“美國的痛處在于喪失艦隊勢力及夏威夷被占”。當然，山本並不否認進攻中途島具有一定的危險性，但他認為為了日本的戰爭命運值得賭一把。
山本上將的發言振振有詞，而且顯得有些好斗。但永野上將沉穩地搖搖頭，勸告山本不要操之過急，不需要去冒險。永野說，進攻中途島的戰略戰術是不明智的，因為日本的主要戰略方向是在南面，而不是在東面。
山本認為，如果日本拿下中途島，還可以威脅美國本土，削弱美國人的士氣。而軍令部卻不這麼看，他們認為山本的看法過于樂觀，即便占領了中途島，也不會威脅到美國大陸的安全。
軍令部長永野修身苦口婆心地勸說山本，但根本不可能說服這位霸氣十足的聯合艦隊司令官。
正當兩位軍界要人各執其說，相持不讓的時候，發生了一件令日本上下十分震驚的事件。
在珍珠港被襲之後，羅斯福總統打算盡快轟炸日本本土，對日本的偷襲進行一次報複。1942年3月初，美國陸軍集中了24架B－25遠程轟炸機在佛羅里達埃格林空軍基地進行訓練，由杜立特爾中校擔任指揮。4月2日，美軍決定派16架B－25遠程轟炸機去執行這次報複任務。
執行任務的部隊在加利福尼亞州舊金山登上了“大黃蜂”號航空母艦。當“大黃蜂”母艦航行到離日本本土很近的地方時，美國把過去日本授給美國人的4枚日本勳章系在炸彈上，並用筆寫道：“請嘗嘗轟炸的味道。”他們准備用這種辦法將日本人發的勳章還給日本。
轟炸機一架接一架地從甲板上起飛，其中13架飛機去轟炸東京，每架投彈4枚，另外3架去轟炸名古屋、大阪和神戶。
4月18日中午12時30分，第一個從母艦起飛的杜立特爾飛抵目標上空，其他飛機也接踵而至，紛紛把炸彈投了下去。
開戰以來，日本領土上第一次落下了炸彈。日本天皇曾得到過他的司令官們的保證：決不允許敵人的炸彈落在他神聖的國土上。但是，司令官們的保證落空了。雖然這次轟炸對日本造成的物質破壞微乎其微，但在日本的上卻引起了很大震動。日本人的自尊心被嚴重的挫傷了。
美軍空襲東京事件使命運的天平向山本五十六傾斜過來。軍令部感到事態嚴重，堅決反對中途島作戰方案的人也不得不承認來自東方的威脅比來自南方的威脅更大。軍令部為沒能保住首都的安全而不安，反對進攻中途島的意見煙消云散。得理不讓人的山本五十六在軍界理直氣壯地說：“進攻中途島就是保衛首都東京的安全，保衛天皇陛下的安全，這是帝國軍人的神聖天職！”
滿懷著向東線進犯狂熱激情的山本將軍，借助杜立特爾航空隊轟炸東京這一事實，在這場戰略方向之爭的論戰中獲勝了。他立即與他的幕僚班子一起，制定了進攻中途島的作戰方案。
山本所制定的作戰計劃，其中包括三項獨立的但相互支援的作戰行動：（1）占領西阿留申群島；（2）占領中途島；（3）實施艦隊決戰。戰役的基本目的是通過占領中途島為日本海軍航空兵獲取前進基地，繼續向中太平洋和西南太平洋擴張，同時誘殲美國太平洋艦隊。為實現這個計劃，山本提出要使用日本海軍幾乎全部的主力，並將這些兵力編為6個戰術編隊：
先遣部隊
由第6（潛艇）艦隊司令小松輝久中將指揮，下轄輕型巡洋艦1艘、潛艇18艘。任務是先行偵察中途島的美軍情況及天氣狀況，並在開戰前進至中途島至夏威夷之間組成潛艇警戒線，以攻擊馳援中途島的美國艦隊。
第1機動部隊
由第1航空艦隊司令南云忠一中將指揮，轄重型航空母艦4艘、戰列艦2艘、重型巡洋艦2艘、輕型巡洋艦1艘、驅逐艦12艘，以及各類艦載飛機261架。任務是在登陸作戰之前空襲中途島的美軍機場及各種設施，消滅島上的美軍航空兵，支援並掩護登陸作戰，同時捕捉殲滅可能遭遇的美國艦隊。
攻占中途島部隊
由第2（重巡洋艦）艦隊司令近藤信竹中將指揮，轄輕型航空母艦1艘、戰列艦2艘、重巡洋艦8艘、輕巡洋艦2艘、驅逐艦20艘、水上飛機母艦2艘、運輸艦船15艘，以及若干掃雷艦、獵潛艇等艦船，各類艦載飛機56架。艦上載有在中途島登陸的部隊5800人。任務是在第1機動部隊消滅中途島的美軍航空兵後，輸送並掩護登陸部隊占領中途島，同時准備在中途島附近海面截擊美國艦隊。
主力部隊
由聯合艦隊司令山本五十六上將親自指揮，下轄輕型航空母艦1艘、戰列艦7艘、輕巡洋艦3艘、驅逐艦18艘、水上飛機母艦2艘（攜帶袖珍潛艇），以及各類艦載飛機35架。任務是掌握中途島、阿留申群島作戰全局，間接支援北方的作戰，重點支援中途島作戰，同時攻擊美國艦隊。
北方部隊（阿留申部隊）