南云部隊終于等來了出擊的時刻！在中途島西北240海里的水面上，一派殺氣騰騰的景象。
6月4日4時正，日艦“赤城”號的喇叭聲中傳出“全體，集合！”的命令。飛行員們迅速擠進情況室，聽取最後的指令。
幾分鍾後，飛行員聽完情況介紹，跑上甲板，奔向等候在那里的飛機。
飛行長增田海軍中校大聲下達命令：“全體注意，各就各位！開車！”
接著，他請青木艦長將航空母艦轉向逆風，將航速增至10.2海里。
航空母艦上的探照燈光把整個飛行甲板照得如同白晝，飛機引擎發動，排氣管里噴吐著青白色燃氣。這時，參加過珍珠港作戰的千早猛彥海軍上尉走到淵田面前，與他告別。淵田祝他馬到，然後默默深情地目送他攀上舷梯，爬進他停在離艦橋不遠的那架領頭轟炸機。
這時，一名傳令兵高聲報告說：“長官，各機准備完畢！”
增田向青木報告後，青木下令：“開始起飛！”
增田舉起綠色信號燈在空中劃了個大圓圈。
4時30分，第一架“零”式戰斗機在一片歡呼聲中騰空而起，人們狂熱地揮動著手臂和帽子為之送行。
隨後，又有8架“零”式機升空，接著起飛的是俯沖轟炸機。
千早的飛機起飛時沒有拉上座艙蓋，在率領眾機爬升時，他揮手向甲板上的人告別。
在距“赤城”號左舷大約4000米處同樣是燈光閃耀。這是“飛龍”號的飛機正在起飛。
淵田所夢寐以求的領隊任務，落在了“飛龍”號飛行隊長友永丈市海軍上尉的肩上。
友永是在“飛龍”號即將從出發時才到艦上來的，在太平洋海戰中他還沒有顯露過身手。友永欠有人民的血債，他在中國上空進行的作戰受到日本軍國主義頭目的好評，被稱為“勇敢善戰的領隊”。
友永率領的機群，除了“赤城”號起飛的飛機外，還有“飛龍”號和“蒼龍”號的36架水平轟炸機。
由“加賀”號上的小川正一海軍上尉率領的36架俯沖轟炸機從友永身後左側上來了。小川參加過“加賀”號的包括襲擊珍珠港在內的所有戰斗，在日本海軍中以技術嫻熟、作戰勇敢而著稱。
每艘航空母艦派出9架“零”式戰斗機，統一由“蒼龍”號的菅波正治海軍上尉率領，擔任護航任務。菅波也曾參與襲擊珍珠港。
在艦員們雷鳴般的狂呼聲中，攻擊中途島的108架飛機從4艘航空母艦上陸續起飛。
4時45分，機群編隊完畢後繞艦隊飛行一周，然後向東南天際飛去。
中途島的美軍雖然知道日軍將在6月4日發動進攻，但卻弄不清楚日軍究竟會在4日的什麼時刻進攻，使用多大兵力進攻。因此，從3日夜間，中途島就開始焦慮不安地觀察著，等待著。
為及時發現來襲的日軍機群，中途島指揮官派出了兩個各由6架戰斗機組成的分隊，掩護11架卡塔林納式飛機在空中巡邏。
在島上，香農的第6陸戰守備營的高射炮兵已經全部進入戰斗崗位。
碼頭上停泊的8艘魚雷艇隨時准備去營救幸存者，並做好了用機槍射擊來犯敵機的准備。
4架陸軍B-26型轟炸機和VT-8分遣隊的6架海軍TBF魚雷機正在等待戰斗的召喚。
VMSB-241中隊的11架“複仇者”式機以及16架“破壞者”式機也在待命出擊。
中途島防禦決策者們確定的基本作戰方案有三個要點：第一，一旦雷達站（沙島和東島上各有一個）報告敵機接近，他們就讓機場上能起飛的飛機全部升空，以防止日軍將他們的飛機擊毀在機場上。第二，在雷達站報告說敵人逼近時，他們將通過無線電指揮VMF-221中隊不等敵機飛臨該島上空就進行攔截。第三，VMSB-241中隊將在距東島20海里90度方位處集結待命，隨時尋殲敵航空母艦或跟蹤襲擊返航的日機。應當說，這是一個很不錯的作戰方案。
沙島上的美軍指揮所與中途島上的其他掩體有著共同的特點：長方形的木板房，上面覆蓋著作為防水物質代用品的紙和瀝青。整個掩體坐落在一個約1米多深的沙坑里，從坑里挖出的沙子就覆蓋到屋頂上，再在上面堆滿了修築跑道時砍下的樹枝。掩體上已經長滿青草，形成了天然的偽裝，從空中看去就好像一個沙丘。現在，凱姆斯、麥考爾和帕克斯正在指揮所里研究如何使用歸他們調遣的20架F2A-3（海軍稱這種飛機為“水牛”式，陸戰隊稱之為“布魯斯特”式；但兩家都非正式地稱之為“空中棺材”）和6架F4F-3“野貓”式飛機。這3位陸戰隊軍官在一起商量的情景，活像精心制作超薄蔥油餅的家庭主婦，既想把面團擀得很薄很薄，但又不能擀破。
經過熱烈討論，他們決定把這些飛機分成3個組，以防日本人同時來自幾個方向的進攻。第一組由帕克斯的第1分隊的4架“水牛”式機、羅伯特·E.柯廷上尉的第4分隊的4架同類型飛機以及凱里的第5分隊的6架“野貓”式機組成。這樣，帕克斯就有14架飛機。其余12架再平均分成兩組：第2分隊為一個組，由副中隊長丹尼爾·J.亨尼西上尉率領；第3分隊為另一個組，由柯克·阿米斯特德上尉率領。