在友永的第一攻擊波于4時30分起飛後，南云命令立即把航空母艦機庫內的飛機一架架提到飛行甲板上，再推到起飛線上。當東邊的水天線升起一輪紅日的時候，南云航空母艦的飛行甲板上擺滿了准備出擊的飛機。
這些飛機一共有103架。分別為：36架九九式俯沖轟炸機（“飛龍”號和“蒼龍”號各18架），43架九七式水平轟炸機（“赤城”號17架，“加賀”號26架），24架“零”式戰斗機。俯沖轟炸機每機攜帶1顆250公斤炸彈，水平轟炸機每機攜帶1枚魚雷。飛機上攜帶的彈藥，是專門對付軍艦的。南云准備用這些飛機，對付美軍的特混艦隊。
大約6時40左右，南云艦隊遭到從中途島起飛的6架TBF魚雷機和4架B-26轟炸機的襲擊，雖然在日軍“零”式飛機的有力掩護下艦隊沒有受到損失，但這次襲擊使南云確信美軍在中途島還有很強的航空兵力，需要對其進行再次攻擊。恰恰在這時，南云正好又收到了友永發來的“需要進行第二次攻擊”的電報。于是，南云決定飛機更換彈藥，准備再次空襲中途島。
這就是說，“赤城”號和“加賀”號上已經裝好魚雷的水平轟炸機必須卸下全部魚雷，換上炸彈。已在飛行甲板上的水平轟炸機，只有一架架地送回到機庫，才能重新裝上炸彈。
飛行人員、地勤人員和軍械人員接到命令後，立即開始進行這一吃力的工作。
換裝彈藥的工作剛剛開始不久，南云突然接到一架搜索機的報告：“發現10艘敵艦，方位10（以中途島為基准——作者注），距離中途島240海里，航向150度，航速20節以上，時間7點28分。”
“赤城”號艦橋上的南云中將和他的幕僚收到這份電報時猶如晴天霹靂。他們根本沒有預料到美軍的水面部隊竟出現得這麼快，更沒有預料到敵人的軍艦就在附近等待伏擊他們。整個形勢立即發生了重大變化。
情報參謀小野海軍上尉立刻在海圖上查明了敵艦位置，估量了雙方距離，向南云報告說：敵人離我們恰好200海里，這個距離在我方飛機的攻擊圈內，但是，如果敵部隊中有航空母艦的話，我們也處于敵人飛機的攻擊圈內。
南云急于想知道的是，敵軍的組成如何？是否有航空母艦？搜索飛機的報告沒有說敵軍究竟包括哪些兵力。這使南云海軍中將、草鹿參謀長和參謀們既擔心，又惱火。
“赤城”號立即發出電報，嚴令搜索機：“立即查明敵艦種並保持接觸。”
在發現美軍水面部隊前，南云已下令水平轟炸機隊卸掉魚雷，換上800公斤重的炸彈，換裝彈藥的作業已經進行了大半。如果搜索飛機證實敵艦隊中有航空母艦，那是對南云艦隊的最大威脅。因此，南云認為必須做好對付的准備。
于是，7點45分，南云海軍中將命令這兩艘航空母艦立即停止彈藥換裝工作，准備攻擊敵艦。
7點58分，搜索機報告，敵艦改變航向，現在的航向為080度，但仍未報告艦種。對此，南云的參謀們急得發瘋。
8點正，“赤城”號命令搜索機立即報告敵艦隊兵力組成情況。
8點09分，搜索機來電說：“敵艦為5艘巡洋艦和5艘驅逐艦。”
接到電報後，小野情報參謀洋洋得意地說：“跟我想的一樣，沒有航空母艦。”隨手把電報遞給了草鹿參謀長。
草鹿參謀長的反應是，如果敵艦隊中沒有航空母艦，艦隊就可以放心地先殲滅中途島上的敵航空兵力，稍後再去收拾海上的艦隊。
但是，8點09分的消息所帶來的寬慰沒能維持多久，8點20分，搜索機又報告說：“敵艦隊最後部好像有1艘航空母艦。”
這個報告使“赤城”號艦橋上的每一個人都緊張起來。
8時30分，搜索飛機又發來報告：“敵艦隊中尚有另2艘軍艦，顯然是巡洋艦。方位008，距離中途島250海里，航向150度，航速20節。”
根據美軍兵力的規模，南云斷定：敵兵力中至少有1艘航空母艦。所以，他決定在第二次空襲中途島以前，首先攻擊這些敵艦。
可是，當南云下令停止換裝攻擊中途島的彈藥時，“赤城”號和“加賀”號上的大部分水平轟炸機都已把魚雷卸掉並裝上了炸彈，這些飛機已不適于用來攻擊敵艦。因此，此時真正裝好彈藥、可用于進攻敵艦並已排在飛行甲板上准備起飛的飛機，只有“飛龍”號和“蒼龍”號的36架俯沖轟炸機，僅靠這些飛機的力量來對付美艦是不夠的。當然，南云也可以使用換裝了炸彈的水平轟炸機攻擊敵艦，但水平轟炸機在投彈時只有保持直線和平面飛行，才能准確命中目標。這樣，它就不能進行空中規避運動，如果沒有護航戰斗機的掩護，它們很容易成為靈活的敵戰斗機的活靶子。
問題的關鍵在于，當時僅有的24架“零”式戰斗機中，有17架已升空擔負警戒任務，南云手中幾乎沒有戰斗機來隨同這些俯沖轟炸機和水平轟炸機擔負掩護進攻任務了。如果他派出沒有戰斗機掩護的俯沖轟炸機和水平轟炸機去對敵特混艦隊施以先發制人的攻擊，就可能遭到極重大的損失。
怎麼辦？南云陷入了進退維谷、騎虎難下的境地。
正在這時，更大的麻煩出現了。友永的飛機（第一攻擊隊）空襲中途島歸來，急需在航空母艦上降落，有些戰斗機由于燃油耗盡，如不盡快降落就要墜入大海。
這種情況逼著南云必須立即作出決斷，或者是立即讓俯沖轟炸機和水平轟炸機起飛，在沒有戰斗機掩護的情況下去攻擊敵人，以便騰出飛行甲板讓友永的飛機降落，這樣將會遭受巨大損失；或者立即把甲板上的飛機挪開，好讓友永的飛機降落，這樣發動進攻的時間就要大大向後推遲。這是一個關乎4艘航空母艦命運的重大決斷，此著一旦失誤，後果不堪設想。艦隊的整個前途，存系于南云的一念之中。
南云感受到了從未遇到過的巨大精神壓力。他考慮來考慮去，足足有十幾分鍾的時間，舉棋不定。
此時，第2航空戰隊司令官山口海軍少將沉不住氣了，他緊急建議南云：“我認為應立即命令攻擊部隊起飛。”
可是，南云認為在沒有戰斗機掩護的情況下派出攻擊機太冒險，應該首先收回空襲中途島的飛機和執行戰斗巡邏任務的戰斗機，等做好一切准備之後，使俯沖轟炸機和水平轟炸機在戰斗機的可靠掩護下再全力進攻。同時，為了防止在做好進攻准備前遭到美軍艦載機的攻擊，艦隊應暫時北撤。