中途島海戰不僅是太平洋戰爭中的轉折性戰役，也是世界軍事史上一次著名的以少勝多的戰役範例。此戰之後，美日雙方的戰略攻防發生了轉換，出現了有利於盟軍的局面。
最後的賭注
誰都知道在偷襲珍珠港事件中，海軍大將山本五十六是最大的贏家，在東京受到轟炸之後，他再次向戰時大本營提出攻打中途島的計劃。此前，山本五十六主張攻打中途島，在中途島這個美國的喉舌部位引出美國主力戰艦，與其展開決定性的一役，給美國海軍致命一擊。戰時大本營在當時考慮到無法做到消息的保密性而一致反對，而現在他們開始重新考慮這一建議了。中途島是美軍在太平洋上重要的飛機中繼站，美國隨時可以命令這裡海軍基地上的飛機直接打擊日本本土。為了避免轟炸東京的事件再次發生，也為了打擊美國海軍艦隊，戰時大本營決定，偷襲中途島，引蛇出洞，將其永遠消滅在太平洋上。
中途島，因位於北美洲至亞洲的太平洋航線中點而得名。二戰期間，它是美軍在太平洋上的重要海空偵察基地。這塊海上彈丸之地對於美國人的意義重大，一旦中途島出現危急情況，美軍的主力艦隊必將出擊，這樣仍然佔據海上軍事優勢的日本海軍就可以與其決一死戰。熟悉美國的山本五十六深知美國的戰爭實力，他曾對首相近衛文說：“憑日本的工業實力，根本不能與美國為敵，同其抗衡，如果非打不可，在開始的當年或一年中可以奮戰一番，並有信心爭取打勝。但戰爭如果持續下去，以致拖到兩年、三年，那就毫無把握了。”也就是說，與美國的戰鬥要速戰速決，因此山本五十六始終想以一次大的最後對決來結束與美軍的戰鬥，即使不能取得最後勝利，也可拖延時間使日本獲得喘息之機，為將來的談判爭取有利條件。中途島一戰，將會是一場最後的賭博，山本五十六把寶都押在上面了。
5月5日，日本戰時大本營下令，攻佔中途島和阿留申群島西部島嶼，戰鬥的主要突擊方向為中途島，阿留申群島為次要方向。為什麼要在進攻中途島的同時進攻阿留申島呢？主要目的有兩個：一是惑敵之計，二是以此牽制和分散美國太平洋艦隊。參加攻擊中途島的日本艦隊分為兩個主要部分，即南雲忠一率領的由四艘航空母艦加上護衛編隊組成的第一機動部隊，擔任攻擊中途島基地的美國守軍，隨後與山本五十六率領的10艘戰列艦組成的主力艦隊一起，攔截及消滅來援的美國艦隊，完成孤立中途島和摧毀美國太平洋海軍力量的使命。此次戰役，日本海空軍幾乎調集了所能調集到的最大力量，包括8艘航母、400架艦載機、上百艘各色潛艇、戰列艦、驅逐艦等，大有決一死戰之架勢。
密碼破譯
與此同時，美國人在幹什麼呢？自珊瑚海之戰後，美國海軍上將切斯特·尼米茲清楚地知道，此時日本的海上實力仍處於優勢地位，他們隨時仍可發動一場大的進攻。為了搞清日本人的下一步行動，尼米茲要求美國海軍情報局人員夜以繼日地截獲並破譯日軍電報密碼。5月上旬，在英國及荷蘭相關單位的緊密配合下，美海軍情報局開始成功解讀日本海軍主要通信系統JN-25。5月20日，美情報人員截獲了日軍很長一份電報，經破譯，日軍將要襲擊一個代號為“AF方位”的目標。可是“AF方位”代表的是什麼呢?有可能是夏威夷，也有可能是中途島，這個問題讓尼米茲犯了難。一名海軍軍官建議了一個投石問路的方法，即先在中途島發送一條假消息密電，以確定“AF方位”到底是不是中途島。尼米茲於是下令讓情報人員從中途島向珍珠港發出一封淡水告急要求支援的電報。日本人果然上當，兩天後，美海軍情報局截獲到一則JN-25的電報，內容為“AF的淡水供應少得可憐”。這樣，美國海軍便確定了日本海軍將要襲擊中途島的計劃。
針對日軍計劃，尼米茲開始了一系列調兵遣將，此時島上的守軍並不多，至6月初，中途島的美國守軍增至3000人，飛機由24架增加到121架，在中途島外圍設立了三道弧形警戒線，數十艘潛艇在不同海域內進行巡邏，偵察機在中途島以西1670千米上空偵察，以便及時發現日軍。除位於太平洋西南方的企業號、大黃蜂號航母被緊急召回中途島外，搶修僅三天的約克城號航母也被編入了作戰序列。在作戰戰略上，尼米茲認為日軍最具威脅的是南雲忠一的四艘航空母艦，以這個實力完全可以摧毀中途島海、陸、空的防禦系統，他決定首先要解決掉的便是南雲忠一的四艘航母。至於攻擊阿留申群島的日軍很明顯是聲東擊西之計，這一點日軍的情報上已經透露得非常清楚。
關鍵對決
6月4日凌晨，日本聯合艦隊到達作戰地點，天氣晴好，有利於空中作戰。南雲忠一指揮負責第一波攻擊的144架次飛機向中途島撲去。美軍偵察機很快發現了它們並向島上美軍發出戰鬥警報。迅速升空的美機與日機在中途島上空展開了一場激烈空戰，由於日機眾多，在第一撥攻擊中不僅擊落美方戰機還轟炸了島上機場等軍用設施。美軍一部分岸基飛機在攻擊南雲忠一的航母時，被航母的防空炮火一一擊落。之後，第一撥攻擊指揮官向南雲忠一發電報說未發現美國艦隊的存在，並請求第二撥攻擊隊繼續空襲。而這個時候，尼米茲埋伏在中途島的艦隊收到中途島被攻擊的消息，他們立即按安排朝日軍航母艦隊駛去。
南雲忠一見空中的美軍飛機漸漸散去，便斷定中途島附近沒有美軍航空母艦，如果有，早就趁航母空虛之際攻來了，加上第一撥攻擊隊指揮官說未發現美國艦隊的存在，於是，南雲忠一下達了著名的“換彈命令”，把原本用於攻擊美國艦隊的飛機卸下魚雷，換成炸彈去空襲中途島。實際上，這個時候美國航母和戰艦已經就在附近了。南雲忠一在沒有收到偵察機的情報下，便倉促作了判斷，主要原因在於日軍負責偵察的兩艘偵察機都出現了故障，致使起飛時間延遲了半個小時，但這已經足以給日本艦隊埋下致命的禍根。就在日軍緊張換彈的時候，南雲忠一又收到巡邏機的電報，在中途島以北發現美國航母編隊。驚慌失措的南雲，再次下達“換彈命令”，把大部分已經改裝上炸彈的飛機再換成魚雷，此時，可用於攻擊美軍艦隊的只有幾十架俯衝式戰鬥機，沒有戰鬥機作掩護，這意味著只有被動挨打的分兒。一時間，南雲忠一的第一機動艦亂成一團，海軍把剛剛裝好的炸彈拆卸下來又換上魚雷，而拆下來的炸彈也來不及入庫，就堆放在甲板上，甲板上到處是炸彈，返回的第一撥攻擊機因為無法降落和再次安裝炸彈而只得向北方撤去。如果不是滿甲板的炸彈，美國海軍也不會佔到如此大的便宜。
正當日軍航母混亂之時，美軍艦載機出現在其上空，兩批先行攻擊的魚雷機並未給南雲忠一造成大的傷害，而後來的第三撥俯衝式轟炸機才真正要了他的命，美軍轟炸機在雲層的掩護下，連投連中，炸彈引燃了甲板上四處堆放的炸彈，形成連鎖反應，四艘航母“赤誠”、“加賀”、“蒼龍”、“飛龍”號均在重創之下沉沒，無一倖免。更倒黴的是此次戰役使日本損失了大部分具有豐富作戰經驗的航空兵，日本的空中作戰能力受到巨大打擊。美軍此戰大獲全勝，中途島之戰使日本從此走向了衰敗之路，自此役之後，日本開始節節敗退，從戰略進攻轉為戰略防禦。中途島海戰也成為世界軍事史上一次重要的以少勝多的戰役典範。