1942年4月18日，为了报复日本偷袭珍珠港，美军16架b25米切尔型轰炸机从大黄蜂号航空母舰起飞，低空掠海，飞向东京。中午12:20，一派祥和气氛的东京上空出现了数架庞大的飞机。因为日本当天正好举行航空演习，所以看到美军轰炸机后，地面上的人们还以为是自家的飞机。但就在众人兴奋地向空中挥手欢呼时，数十枚重磅炸弹从天而降，东京市区顿时陷入一片恐慌。美军的这次空袭虽然只持续了30秒，但却把日本天皇吓得不轻。同样吓得不轻的还有山本五十六。作为联合舰队最高负责人，山本竟然让美军在自己眼皮子底下偷袭东京，无论怎么说，这都是他的失职，他都要承担相应责任，为了保住天皇的性命，也为了保住自己的狗头，空袭事件后山本五十六再次向海军军令部提交了自己的中途岛作战方案。
中途岛位于珍珠港西北1200海里处，陆地面积约5.2平方公里。别看它不大，战略地位却很重要。如果日军占领中途岛，就可以威胁珍珠港。
1941年12月7日，南云忠一偷袭珍珠港，令美军损失惨重。但山本五十六对战果并不满意，他一直希望彻底歼灭美国太平洋舰队。由此，早在1942年初，山本就有一个构想，即佯攻中途岛，迫使珍珠港内的美军倾巢而出，前来救援。这样，他就可以利用联合舰队在兵力上的优势，将太平洋舰队聚歼于海上。如此一来，日本就有希望迫使美国坐到谈判桌前，提前结束战争。
山本五十六的计划过于冒险，也太过一厢情愿，这倒是很符合他赌徒的行事风格。但是也容易遭致同僚的反对。当时别说陆军要唱反调，海军内部也有很多人持质疑态度。反对者认为，大老远跑去打一仗，就算能打下来，能守得住吗？最关键的是，美国人会乖乖的把太平洋舰队全开出来，任凭你山本宰割。
由于反对的人太多，所以中途岛作战方案一直都未能在军令部通过。相比之下，日本大本营对保守的“mo作战”计划更感兴趣，也就是拿下新几内亚岛，继而攻下澳大利亚，坐拥西太平洋，与老美二分天下。不过，就在山本与军令部为下一步战略争执不休时，美军把东京给炸了。这还不算完，罗斯福总统在事后的新闻发布会上还开玩笑说，美军以后会经常光临日本，下次说不定就会炸皇宫。面对美国的威胁，军令部的态度瞬间来了个180度大转弯。
5月5日，海军军令部长永野修身奉天皇敕令，正式批准中途岛作战计划，决定动用8艘重型航母、400多架舰载机、11艘战列舰、23艘巡洋舰、56艘驱逐舰、24艘潜艇以及70多艘运输舰、辅助舰攻击中途岛。在此之前，军令部还批准了“mo作战”计划。这导致中途岛战役前，美日海军先在珊瑚海爆发了一场遭遇战。此役日军损失了一艘轻型航母祥凤号，重型航母翔鹤号受重伤，瑞鹤号上的舰载机也折损严重，美军则损失了一艘列克星顿号航母，约克城号受重创。
珊瑚海战役后，山本五十六判断美军在珍珠港最多还有两艘航母，便命令受伤的翔鹤号返回横须贺修理，又令瑞鹤号留在后方休整，补充一批新的舰载机。如此一来，原本联合舰队可以投入中途岛作战的8艘重型航母就只剩下了6艘。
5月24日，遵照军令部方案，联合舰队兵分多路，杀向中途岛和阿留申群岛。中途岛方向有四路，第一为先遣潜艇支队，有16艘潜艇，负责在夏威夷至中途岛之间设伏攻击前来增援之敌，二是中途岛占领部队，有包括一艘轻型航母在内的50多艘战舰和5000名登陆部队，负责占领中途岛，三是南云指挥的航母编队，有4艘重型航母、2艘战列舰、2艘巡洋舰、12艘驱逐舰，负责空中打击中途岛的同时，寻机歼灭珍珠港方向的美军舰队。四是由山本五十六亲自率领的机动部队，有1艘轻型航母，包括大和号在内的3艘战列舰、2艘水上机母舰、13艘驱逐舰，负责随时策应。
阿留申群岛方向有两路，分别由细萱戊子郎中将和高须四郎中将指挥，总计有包括2艘重型航母在内的30余艘战舰和2000登陆部队，负责攻克阿留申群岛西部地区。
不是打中途岛吗？怎么又分兵打阿留申群岛呢？这是因为阿留申群岛的最西端距离日本千岛群岛最北部不到1600公里。东京吃了炸弹后，日本大本营对美军的空袭已是惊弓之鸟，谁都不敢再掉以轻心。即便美军从阿留申群岛起飞，轰炸日本的可能性微乎其微，大本营也希望防范于未然。
而山本五十六也认为同时攻击中途岛和阿留申群岛可以起到迷惑、牵制美军的作用，所以就同意了大本营的附加指示。不过，日军分兵，这对接下来的中途岛战役并非幸事。一方面，阿留申群岛距离中途岛约3000公里，两个战场相隔太远，一旦有什么意外，两支舰队很难相互支援。再者，为了拿下阿留申群岛，山本在战前不得不调走一部分兵力。如此一来，日军能投入到中途岛作战的就只剩下赤城、加贺、苍龙、飞龙四艘航母。当然，按照山本的设想，四打二自己仍然稳操胜券。但问题是，美军真的只有两艘航母吗？并且，美国人会这么听话，先等日军拿下中途岛，然后再慢悠悠的从珍珠港出发，掉进日军的陷阱吗？显然，事实不是这样的。托大的山本并不知道，在中途岛这场即将展开的较量中，美军已经悄悄的占得了先机。
1942年1月，美军在一艘沉没的日本潜艇上找到了日军密码本。有了这个密码本，美国情报部门成功的破解了日军大部分的通信秘密。
1942年四五月间，日本联合舰队各部之间的来往电报异常频繁，一个代号为AF的地点反复出现，这立即引起了夏威夷情报站站长罗彻福特的警觉。罗彻福特判断AF就是日军接下来要攻击的地点，很可能就是中途岛。为了证实自己的推断，罗彻福特找到尼米兹，经尼米兹批准后，让中途岛的美军向珍珠港明码发报，说岛上的海水淡化设备出现了问题，请求基地尽快派人前来修理。电报发出后，美军截获了一封日军密码电报，声称AF缺乏淡水，真相大白AF是中途岛无疑，这样一来，美军就可以提前部署，山本56想奇袭中途岛引诱美军出动继而歼灭的计划也彻底泡汤。
美国掌握了日军动向的同时，在珊瑚海战中受重创，原本需要三个月才能修复的约克城号只用72小时就奇迹般的恢复了战斗力。随着约克城号归队，再加上中途岛上的170多架飞机，美日双方在一线的飞机数量基本持平。
6月4日凌晨，南云忠一指挥的第一航空舰队抵达中途岛西北200海里的位置。
04:30，日军第一攻击波的108架飞机起飞，对中途岛发动空袭。在南云忠一看来，拿下中途岛根本没有难度，对他最大的威胁是珍珠港方向的美国舰队。所以，在发动第一波攻击之后，南云就派出了七架侦察机对周边海面进行搜索。与此同时，第二波攻击的飞机也全部停在了甲板上，并换上了威力巨大的鱼雷。只待珍珠港的美军一出动，就立即冲过去咔嚓一通，轰炸全部解决掉。但不料南云左等右等并没有等来他想看到的，而是一系列的意外。先是早上七时整，第一攻击波传回消息，表示攻击效果不佳，希望后方支援。
07:05，正当南云还在犹豫要不要让第二攻击波更换装备时，美军六架复仇者式鱼雷机和四架b26中程轰炸机向南云的舰队发动攻击。
由于b26只可能是从中途岛起飞，南云判断附近没有美国海军，于是他便决定赌一把先消灭中途岛上的美军再说。可是就在日机卸下鱼雷更换高爆炸弹时，南云突然接到一架侦察机发回的情报，称距离中途岛约240海里的海面发现了10艘美国军舰。听到情报，南云惊呆了，美国舰队是从哪儿冒出来的？200海里的距离对于飞机来说根本不是事儿，如果美舰中有航母，那可就不妙了。
情况不明，南员无法做出判断，便只好命令战斗机暂停换装，待侦察机传回详细情报再说。
08:15，前方传来报告，美军舰队里至少有一艘航母存在。毫无疑问，南云舰队正处于危险境地，随时都可能遭到美机攻击。恰在这时，一艘美国潜艇又在附近海域突然冒了出来，向日军航母发射鱼雷。不过美军的鱼雷并没有命中，日军出动驱逐舰赶走了潜艇。时间紧迫，南云却犹犹豫豫，这让急性子的第二航母战队司令山口多闻非常生气，他给南云发电，立刻起飞攻击部队。由于山口与南云有仇。大致就是山口曾经多喝了几杯猫尿醉醺醺的揍了南云一顿，南云觉得这家伙精神不正常，一直懒得搭理他，这次也不例外。
而就在山口发电催促的时候，第一攻击波的几十架飞机也已返航，要求航母立即腾出飞行甲板，否则他们燃油耗尽，就只能掉下海里喂鱼了。南云无奈，只好下令腾空飞行甲板，回收第一攻击波，第二攻击波卸下炸弹，再次送回机库重新改装鱼雷，等所有飞机换装完毕后，再与美军决一死战。南云把攻击时间推迟的决定并没有错，但是上级一句话，下级跑断腿。南云的这道命令一下日军四艘航母全部乱了套。为了争取时间，也为了省事，疲惫的机库人员把卸下的炸弹胡乱的堆放在机库里，甲板上更是一片混乱，日军机库人员不按规章操作，很快就品尝了恶果。
美军那头由于提前掌握了日军情报所以早有准备，尼米兹决定对阿留申群岛不采取任何救援行动，而是将三艘航母和八艘巡洋舰派往中途岛。值得一提的是，开战之前，山本曾主持了一场沙盘推演，当时就有人指出，美军在中途岛作战时，可能会提前进入作战位置，在中途岛东北方向发起攻击，击沉南云舰队三艘航母。事实证明，这已经非常接近美军后来的实战战术了。但是联合舰队参谋长宇垣缠却出面干预，打断了推演。宇垣缠蛮狠的表示：“我再念一遍剧本，美军舰队必须从珍珠港出发，姗姗来迟，然后被我们一顿猛击。各位能明白吗”？在场人员不知道宇垣缠哪来的信心，又不敢质问，现场顿时鸦雀无声。
山本五十六对突发情况倒是很感兴趣，便反问南云忠一，如果你攻击中途岛时，美军突然冒出来你将如何应付？南云忠一还没有说话，他的航空参谋原田时就嚣张的说道，来就来呗，我们一下子就能消灭他们。山本对源田实的回复很满意，加之他也笃定美军舰队必然从珍珠港出发，于是一场原本应该严肃的战前演练就变成了小孩过家家。
在说回美军，日军对中途岛发动第一波攻势前，斯普鲁恩斯少将指挥的第16特混编队和弗莱彻少将指挥的第17特困编队，就已经抵达中途岛东北300英里处。弗莱彻猜测日军舰队必从西北方向逼近中途岛。为防止自己被日军发现，他指挥两只特混编队向南行驶，并派出侦察机搜索海面。
6月4日早上六时，侦察机报告称200海里外发现两艘日军航母。弗莱彻非常果断，给斯普鲁恩斯发去电报，命令大黄蜂号和企业号上的117架舰载机起飞。八十四十分，弗莱彻坐镇的约克城号也起飞了35架战机直扑南云舰队。
你可能会很好奇，侦察机六点就发现了日军，为什么美军八点才起飞？
这也是没办法，早期参加太平洋战争的美国飞行员技战术能力不高。100多架飞机起飞日军只需要几分钟，而美军就需要一个多小时。不过，虽然美军飞行员的技战术能力一般，但却非常勇猛，个个视死如生。
09:25 15架由大黄蜂号起飞的鱼雷轰炸机向南云舰队发起自杀式攻击。不幸的是，由于没有战斗机护航，15架鱼雷机被日军零式战机和高射炮全部击落，30名飞行员除1人外全部遇难。
09:30 14架由企业号起飞的鱼雷轰炸机冒着日军炮火向苍龙号和飞龙号展开攻击，但因为同样的原因，美军的这次攻击未能奏效，14架鱼雷机被击落11架美机所投鱼雷也无一命中。
10:10 12架由约克城号起飞的鱼雷轰炸机和6架战斗机再次对飞龙号展开攻击。一样的状况，一样的结果，12架鱼雷机全部被击落。射向飞龙号的鱼雷也无不一命中。
美军前三波攻势显然是失败的，但是美国鱼雷机的牺牲并非毫无价值，因为正是这些勇士以视死如归的气势缠住了日军战斗机五分钟，才得以让俯冲轰炸机利用这宝贵的五分钟时间趁虚而入。
10:20，正当日军战机还在低空飞行，忙着驱赶美军鱼雷机时，美军33架无畏士俯冲轰炸机从天而降，分成两个中队，分别攻击赤城号和加贺号。
10：24，赤城号拉响警报，发现敌情俯冲轰炸机。然而，一切都来不及了，首先被命中的是加贺号，美军四颗炸弹引发加贺号上的汽油爆炸，舰体因爆炸被断成两截，第二个是赤城号，美军一枚1000磅的炸弹击穿了赤城的飞行甲板，并引爆了机库中随意堆放的航空炸弹。创造了一发炸弹击沉一艘航母的战绩。
随后，17架由约克城号起飞的俯冲轰炸机赶来参战，攻击苍龙号。美军投掷的炸弹引燃了堆放在苍龙号飞行甲板上的飞机和弹药，刹那间，苍龙号变成了一团火球。短短五分钟，日军加贺、赤城、苍龙三艘航母丧失战斗力，只剩下山口多闻的飞龙号还是完整的。山口多闻是暴脾气，当即命令舰载机起飞轰炸美舰。
中午时分，日军两支飞行中队采取尾随战术，跟着美军飞机找到了约克城号。
下午15时，在日军鱼雷机和轰炸机的反复轰炸下，约克城号舰长下令弃舰。然而，约克号并没有沉没，于是美军又回到舰上，并调来拖船，打算将约克城号拖回珍珠港抢修。约克城号丧失战力后，弗莱彻将战场指挥权移交给斯普鲁恩斯。弗莱彻的高风亮节成就了斯普鲁恩斯。随即斯普鲁恩斯命令企业号上的所有舰载机起飞，直扑飞龙号。面对美军轰炸，飞龙号蛇形走位躲避轰炸，但还是被命中四弹。
晚上19:13，苍龙号与加贺号先后沉没。
6月5日05:10，无法挽救的飞龙号被日军驱逐舰发射鱼雷击沉。
山本得知南云报告我方航母全灭，心里非常不服气，赌徒心态令他又策划了一场夜间舰炮对决，试图集中战舰与美军决一死战。当时山本手上还有十余艘战列舰和两艘轻型航母，真要来一场决战，胜负犹未可知。但斯普鲁恩斯很谨慎，他克服了乘胜追击的诱惑，指挥舰队向东航行，与日军始终保持一定的安全距离。见美军不上钩，山本气不打一处来，他把自己关进会客室，一连三天拒绝会见部下。随后，山本下令取消占领中途岛行动，并表示所有责任由他一人承担。
6月6日，美日舰队各自撤出战场。约克城号撤退时被日军一艘潜艇盯上，潜艇发射四条鱼雷，两条命中约克城号，一条命中护航的驱逐舰哈曼号。约克城号和哈曼号随即沉没。至此，中途岛战役结束。
中途岛战役，美军以一艘航母、一艘驱逐舰、147架飞机和307人阵亡的代价，击沉日本4艘重型航母、1艘巡洋舰。日军在空战中损失52架飞机，另有280余架舰载机随航母沉入大海。
由于是完败，日军人员损失惊人，近三千余人战死，其中很多都是身经百战的海航飞行员。如此巨大的损失，显然是资源短缺，全方位都不如美国的日本无法承受的。中途岛战役后，美军由守转攻再也没有遭受过沉重打击，而日军则是一蹶不振，再也未能获得一次决定性的胜利。
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