1941年12月7日，日本海军联合舰队以6艘航母400多架飞机偷袭珍珠港，将美海军太平洋舰队主力击沉在内港内，太平洋战争随之爆发。在其后的半年内，日本陆海军横扫东南亚，迫使美英势力退出西南太平洋，军队退往印度、澳大利亚。日本军民也狂热到极点，妄称不可战胜。然而1942年来自美军航母"大黄蜂"号的16架轰炸机轰炸了日本本土，将日本陆海军的脸打得鼻青脸肿。
为了"不让天皇陛下遭遇危险"，日本海军决定发动中途岛战役，妄想将所谓的本土防卫圈扩散到太平洋中部，完全屏蔽美军对日本本土发动攻击的可能性。
夏威夷时间1942年6月4日凌晨4时26分，在中途岛西北方向240海里水域中，108架攻击机包括36架零式战机、36架九九舰爆、36架97舰攻从日本海军机动舰队起飞轰炸中途岛，拉开了中途岛大海战的序幕。
6时10分，日军飞机到达中途岛。大战首先从空战开始，经过15分钟的鏖战，美军26架战斗机损失15架，日军36架零式仅损失两架，不得不说这时候的日军海军飞行员都是精锐中的精锐。然而日军的第一波空袭并未彻底摧毁中途岛上的设施，这就意味着日军舰队需要派出第二波攻击部队。根据日军航母的作业时间来看，要发起第二波攻击需要4-5小时才行。
7点10分，日军机动舰队遭到了第一次敌袭，来自中途岛的陆军轰炸机B26的攻击。虽然这次攻击并未对日军舰队造成多少影响便被零式战斗机击落，但是却严重影响了日军的决策。因为遭到路基飞机的攻击说明中途岛上有飞机，需要尽快解决，而由于侦察机未找到美军航母编队，因此机动舰队司令南云忠一做出了原来装载鱼雷的97舰攻换装炸弹攻击中途岛的决定。然而就在这差不多时候，美军舰队第16（企业、大黄蜂）、17（约克城）特混舰队已经开始放飞舰载机前往攻击日军。
6月4日7点53分，日军遭遇第二波中途岛飞机的攻击包括16架SBD和12架B17以及11架SB2U，这波攻击仍未对日军产生实质性打击。到了9点20分，美军大黄蜂号上的鱼雷机中队率先抵达日军舰队上方。由于鱼雷机航速慢灵活度也不高，因此很容易的被零式击落。20分钟后，来自企业号的鱼雷机中队抵达，仍然未对日军舰队造成实质打击。但这两波鱼雷机的攻击打乱了日军回收第一波攻击机和放飞第二波攻击机、护航战斗机的节奏。10点10分，来自约克城的美军第三波鱼雷机抵达，仍然重复了前两波鱼雷机的杯具。然而被"带路党"驱逐舰岚带来的俯冲轰炸机编队VB6、VS6（企业号）、VB3（约克城）恰好也在此时抵达。由于日军护航零式战机被鱼雷机编队吸引，这就为美军俯冲轰炸机提供了机会。10点24分，加贺号首先被三颗炸弹命中燃起大火；一分钟后苍龙也被炸弹命中锅炉爆炸失去了动力；26分，赤城号也被击中，炸弹穿过飞行甲板在机库爆炸，大火熊熊燃起。
日军4艘航母独剩飞龙号暂时完好。10点54分，第二航空战队司令山口多闻下令飞龙号上24架攻击机起飞攻击美军舰队。12点10分，日军九九舰爆终于命中了美军约克城号，导致约克城号燃起大火，严重失速。然而这样就是日军第一波进攻的全部战果。下午13点30分，日军飞龙号第二波16架飞机飞向美军，并于14点26分发起攻击。由于给力的美军损管，此时约克城号已经熄灭大火并恢复了大部分动力，导致日军飞行员误以为是另一艘美军航母。这次的攻击彻底损坏了约克城的动力系统，使其被放弃后于6月7日沉没。
6月4日16点45分，日军最后一艘航母飞龙号也被美军混合轰炸机编队击中。经过一天的激战，中途岛附近的海域终于慢慢平静了下来。晚上19点多，苍龙加贺先后沉没；赤城飞龙也被日军驱逐舰用鱼雷"处分"掉，至此偷袭珍珠港的6艘大型航母中只剩瑞鹤还完好无损，美日海军的实力对比也随之逆转，尔后随之而来的便是日本海军在太平洋上的节节败退。
在人们的印象中，中途岛海战之前，日本联合舰队对比美太平洋舰队在实力上是占着绝对优势的，那么日军是败在哪里呢？
情报战的严重失利。 早在42年1月，美军就通过打捞上来的潜艇伊124缴获了日军密码本，并成功破译了日军密码。于是，关于进攻中途岛的著名的"AF"淡水缺失情报故事也顺理成章被美军确定。提前知晓了日军的进攻动向，美军自然也可以从容安排伏击战术，打联合舰队一个措手不及。1943年美军截杀山本五十六也是基于情报战的胜利。
日本联合舰队对战场侦查的忽视。 虽然早在5月中旬，联合舰队便派水上飞机（二式大艇）和潜艇对中途岛展开侦查。但是由于日本海军的高度自信，总觉得机动舰队无敌，随便就能压倒敌军，基于此态度，日军的侦查活动也流于表面，其侦查结果也可想而知。到了开战当天，南云忠一的机动舰队更是只派了7架飞机用于侦查美军舰队的位置。然而就是这7架飞机也有4架未按规定准时起飞，侦查结果更是一言难尽。对比美军侦查机180多架次的频率，日军的失败可以说毫不意外。
日本高层的内部争斗，战略不统一。 众所周知，二战日本陆海军之间存在严重的内耗。当陆军马鹿揣着一天两个饭团在东南亚雨林中追击英国人的时候，日本海军却一年能吃掉一艘驱逐舰。1942年日军横扫东南亚，日本陆海军之间的战略方向并不统一。陆军想要向西，解决缅甸问题切断中缅公路，更能进一步切断印度洋，占领印度与德军在中东会师。基于此战略，为了照顾日本陆军的面子，日本海军不得不在印度洋上与英国皇家海军打了一场锡兰海战，所幸结果比较美好，联合舰队并无大的损失。日本海军的想法是向东进攻太平洋，然而就算海军内部也有不同想法，海军军令部的计划是攻打新几内亚和斐济、萨摩亚，遮断美奥联系，进一步攻占澳大利亚新西兰；然后联合舰队的打算却是扩大中太平洋防御圈，首先攻占中途岛，进一步攻占夏威夷。就是这种矛盾，为了使军令部同意中途岛作战，联合舰队不得不作出妥协配合进攻新几内亚，从而爆发了珊瑚海海战，最终轻型航母祥凤号沉没，大型舰队航母翔鹤号被重创。也因此导致了第五航空战队（翔鹤瑞鹤）未能参加中途岛海战。
日本舰队兵力并不充足。 在人们印象中，中途岛海战是美军以弱击强，劣势兵力打败了优势兵力。总体来说，此时的联合舰队对比美太平洋舰队确实占据绝对优势，然而联合舰队在发动中途岛战役的同时分兵发动了阿留申战役，导致中途岛方向的兵力减弱。但对比中途岛的双方兵力，日军并未占据优势。日军舰队包含4艘舰队航母、7艘战列舰、150艘其余舰只、248架舰载机、15艘潜艇，而美军兵力包括3艘舰队航母、50艘其他舰只、233架加载机、127架陆基飞机、8艘潜艇。可以看出日军在军舰方面占据绝对优势，然而这些舰只在太平洋的航母大战中并无决定性地位。对比航母4:3，但是由于舰载机搭载方式不同（日军采用机库存放，美军除了机库也用甲板系留）导致美军3艘航母与日军4艘航母舰载机数量其实相差不多，更不用说美军还有一艘不沉航母—中途岛，加上陆基飞机，其实美军的航空兵力更占优。日军唯一的优势恐怕只有零式战斗机的性能和精锐海航飞行员。以劣势兵力要同时完成轰炸中途岛和击沉美军舰队，对于日军联合舰队来说太过困难。因此海战中南云忠一顾此失彼，由鱼雷换炸弹，由炸弹换鱼雷也不难理解了。
日军体系僵化，无法总结经验发挥群体智慧。 早在锡兰海战空袭科伦坡战役之中，日本海军就已预演了中途岛海战的过程。在轰炸科伦坡港口和攻击英军舰队之间，临阵换弹南云忠一一如中途岛之时慌乱无措。所幸英军实力较弱未出动舰载机进攻，不然中途岛一役恐怕要提前两个月在印度洋上演。然而联合舰队并未从中得到任何总结。1942年5月，在中途岛战役打响之前联合舰队的兵棋推演之中，扮演美军的参谋曾经提出过一份非常接近美军实际战术的计划，推演结果日军沉没三艘航母，美军狂胜。然而，山本五十六并不接受此结果，反而取消这次推演，强行要求按照利于联合舰队的方式推演，推演结果自然是日军大胜。但这种虚假的推演并无任何实际意义。
日本海军上下尊卑等级森严导致人才不能物尽其用。 南云忠一在中途岛海战中的指挥进退失据必须为战役的失败负相当大的责任。但是并不懂航空作战只精通鱼雷战术和航渡的他其实并不胜任以航空母舰作战为主的机动舰队司令一职。相比之下，精通航空战的山口多闻更适合这一职位。但是在日本海军中有一种十分奇葩的规定，即在同一系统中，学长们的官职必须比学弟们高，要不然就得让学长退役；而如果当年的同班同学一起共事，名次靠后的人又必须听名次靠前的人的调遣。山口多闻是是海军兵学校第37期，而南云忠一是海军兵学校36期的，南云忠一是山口多闻的学长，因此南云忠一便成为了机动舰队的司令，而山口多闻只能当他的副手。虽然如果让山口多闻领导机动舰队发起中途岛战役，其结果也无法预料，但合适的人不在合适的岗位上却是不争的事实。