“企业”号和“大黄蜂”号航空母舰的舰载机分为四个机群接敌，而“约克城”号的舰载机就成了第五个机群。这5个机群在攻击中所出现的协同动作纯属巧合。“企业”号的战斗机实际上是把“大黄蜂”号的机群误为本舰的鱼雷机中队，对其进行护航。“大黄蜂”号和“企业”号的鱼雷机群攻击失利时，这些战斗机正在日本舰队的上空，并爬高至6000米。但因没有收到事先约定的信号，它们就一直在空中盘旋，未参加战斗，待燃油消耗到一定限度，就返回了航空母舰。
侦察机所报告的日本舰队位置本来就有一些误差，再加上日本机动编队改变航向，向北航行，这样一来，南云部队就不在美军飞行员所预期的海域了。“大黄蜂”号在高空飞行的俯冲轰炸机机群，没有发现南云机动编队而继续向西南飞行。但是，鱼雷机第8中队在云层下飞行，于9时20分发现了正向西北航进的日本航空母舰，随即向目标接近。为了防止遭到中途岛岸基飞机的攻击而在低空飞行的日军战斗机，拦击了美军的鱼雷机；老练的日军飞行员轻而易举地战胜了这些又慢又笨的鱼雷机。美军的15架鱼雷机在投鱼雷前就被全部击落，只有一名飞行员得救。这位飞行员在天黑前，隐蔽在飘浮着的坐垫后面，既未受到机枪扫射，也免于被俘。“大黄蜂”号的俯冲轰炸机，燃油尚可够用，则继续向西南飞行。后来，有21架返回航空母舰，其余11架飞往中途岛基地，其中有3架在着陆时撞毁。为其护航的战斗机，因航程较短，均于燃油耗尽后在海上迫降。
“企业”号的鱼雷机中队，比“大黄蜂”号的鱼雷机中队晚10至15分钟飞抵日本舰队上空。它也和鱼雷机第8中队一样，没有战斗机的掩护，同样没有取得战果。“企业”号的鱼雷机中队分成两群从日本航空母舰舰艏的两舷进行攻击；然而，日本航空母舰转向规避，把美军飞机甩在后面，使其未能及时投雷。而日军零式战斗机勇猛截击，14架鱼雷机竟被击落10架。美机发射的鱼雷依然没有击中目标。但美军鱼雷机中队的损失，并非毫无价值。这些鱼雷机的攻击将零式战斗机吸引到低空，使其全神贯注于截击鱼雷机，而放松了对高空敌机的戒备。
“企业”号的轰炸机和“大黄蜂”号的一样，在预期的海域也未发现敌舰。但是，轰炸机群指挥官小麦克拉斯基海军少校作出了“这次海战中最为重要的一个决定”，开始进行方形搜索，首先向北飞行。刚过10时，美轰炸机群发现一艘单独行动的日军驱逐舰，接着就发现了日军的机动编队。由此可见，少校的这一决定是很有功劳的。日本的4艘航空母舰成菱形队形航进，以“飞龙”号为前导舰。小麦克拉斯基少校将其轰炸机机群分成两组，向西南的两艘航空母舰突击。这两艘航空母舰正是“赤城”号和“加贺”号。如同斯普鲁恩斯所预料的那样，两舰的飞行甲板上排满了已加完油正准备起飞的飞机。美军飞机就将炸弹倾泻在这些飞机中间，直到把向下俯冲的机身拉平，也未遭到任何日机的拦截。这时，两艘航空母舰已烈火冲天。与此同时，右翼舰“苍龙”号也被“约克城”号舰载机击伤起火。
“约克城”号的舰载机群，比“企业”号和“大黄蜂”号的舰载机群晚起飞一个多小时，但因天气顿时转晴，它们在途中追上了那两艘航空母舰的机群，并发现了敌人。结果，“约克城”号的舰载机群出乎意料地与“企业”号的俯冲轰炸机群同时实施了攻击。从东面接敌的“约克城”号舰载机，集中力量对最近的一艘航空母舰“苍龙”号进行突击。美鱼雷机中队从日舰艏方向突击，虽有6架战斗机拼命进行掩护，但12架飞机中仅有5架投射了鱼雷(无一命中)，2架返回航空母舰。但是，背着太阳突防的俯冲轰炸机群既没受到战斗机的拦截，也没遭到高射炮的猛烈抗击。“约克城”号的俯冲轰炸机，前面的13架飞机已把“苍龙”号炸毁，使其完全被火焰吞没。因此，后面的4架飞机就去攻击其他目标了。