由第5艦隊司令細萱戍子郎海軍中將指揮，分為5個支隊：北方部隊主力、第2機動部隊、阿圖島攻占部隊、基斯卡島攻占部隊和潛艇部隊。總計有航空母艦2艘、重巡洋艦3艘、輕巡洋艦3艘、輔助巡洋艦1艘、驅逐艦6艘、潛艇6艘，以及掃雷艦、運輸船等若干艘，艦載飛機82架。另搭載陸、海軍登陸兵2450人。北方部隊的任務是空襲荷蘭港美軍海空基地，破壞阿達克島的美軍設施，攻占基斯卡島和阿圖島，准備迎擊美軍艦隊。
岸基航空部隊
由第11航空艦隊司令塚原二四三海軍中將指揮，轄輕巡洋艦1艘、驅逐艦3艘、運輸艦19艘，以及各種岸基飛機214架。其中36架“零”式戰斗機由第1、第2機動部隊的航空母艦攜帶，准備在占領中途島後立即以島上機場為基地，實施空中作戰。該航空部隊的任務是偵察珍珠港方面美軍艦隊情況，在各部隊實施中途島作戰期間，盡可能以太平洋各島嶼為基地，廣泛進行空中偵察與警戒。
在山本的作戰計劃中，日軍總計動用水面艦艇206艘、艦載飛機約470架、岸基飛機214架、登陸部隊及基地設置部隊1.68萬人。動用如此龐大的海上兵力，是海軍70年來從未有過的。
山本設想于6月6日在中途島登陸，整個作戰計劃以這一天為中心，詳細安排了各部隊的行動時間表。
山本周密地設計著他的賭局，他堅信在新的賭局中，他能夠像在珍珠港一樣，再贏一個“大滿貫”。