中途岛,面积只有4.7平方公里,特殊的地理位置决定了它战略地位的重要性。该岛距美国旧金山和日本横滨均相距2800海里,处于亚洲和北美之间的太平洋航线的中途,故名中途岛。另外它距珍珠港1135海里,是美国在中太平洋地区的重要军事基地和交通枢纽,也是美军在夏威夷的门户和前哨阵地。太平洋战争爆发后,日本将中途岛拟定攻击目标,一旦攻下中途岛,便能敞开夏威夷群岛的大门,防止美军从夏威夷方面出动并攻击日本。日本海军也想借此机会将美国太平洋舰队残余的军舰引到中途岛一举歼灭。若日本海军达到所定下的目标,那美国西岸就会直接遭到日本海军的威胁。由于美国其余的海军军舰已部署到北大西洋,美国在短期内就没有能力有效地在太平洋对日本海军做出反击。日本深知美国的军事潜力。美国巨大的工业生产能力一旦完全纳入战争轨道,日本就很少有获胜的希望。所以日本希望在这种情形出现之前就逼迫美国坐到谈判桌前,迅速结束与美国的战争,为达到该目的,日本海军几乎倾巢而出,投入大半兵力,舰队规模甚至超越后来史上最大海战莱特湾海战时的联合舰队。
此次战役的大略经过如下。日本为占领中途岛和阿留申群岛的阿图岛和基斯卡岛,并进一步引诱美国太平洋舰队出战以消灭,将舰队分为6个战术编队,分别于5月26日至29日从各基地出发。美国事先破译日本即将攻击中途岛信息后,安排太平洋舰队的两支特混舰队分别于5月28日和30日从珍珠港出发,6月2日到达中途岛东北地域待机。6月3日凌晨,日本北方编队对阿留申群岛发动空袭。6月4日凌晨,为了为登陆作战提供火力准备,日本第一机动部队的第一波舰载机对中途岛发动空袭。美军已经发现日本舰队,岛上飞机除战斗机迎战外,其他飞机都在空中躲避。日本未能达到歼灭岛上美军空军力量的目的,遂要求对中途岛进行第二次打击。本来日本为了以防万一,第二波飞机是用来攻击军舰的。当时未发现美国舰队并且连续遭到中途岛陆基飞机的攻击,日本第一航空舰队司令官南云忠一决定将鱼雷改换为对陆攻击炸彈,用来攻击中途岛。不久后日本侦察机突然发回报告,发现美国舰队,同时第一波的飞机也返回。南云忠一命令向北撤退回收飞机,同时将炸彈再换回鱼雷,在准备好后再攻击美国舰队。美国特混舰队趁机派出所有飞机攻击南云舰队,鱼雷机先赶到战场,虽然攻击没能奏效,41架鱼雷机只返航了6架,但它们将日本护航战斗机吸引到了低空,为后来的俯冲轰炸机创造了条件。当日本航空母舰开始逆风直线行驶起飞攻击机时,美国俯冲轰炸机从云层中冲出,投弹命中了日本航空母舰“赤城”、“加贺”、“苍龙”号,炸彈在加好油装好弹的飞机中爆炸,引起连续诱爆,三舰立即失去战斗力,不久相继沉没。仅存的“飞龙”号航空母舰对美军特混舰队发动了报复攻击,派出两批飞机重创美航空母舰“约克城”号,后此舰被日本潜艇击沉。美军又出动俯冲轰炸机炸沉了“飞龙”号。6月5日下午,日本联合舰队司令长官山本五十六承认失败,命令部队总撤退,同时日本北方舰队占领了阿图岛和基斯卡岛。至此战役结束。
中途岛海战是太平洋战争其中一场关键战役,这次战役美国损失1艘航空母舰(“约克城号航空母舰”),1艘驱逐舰(“哈曼”),147架飞机(多为被击落),307人阵亡。日本损失4艘航空母舰(“赤城”“加贺”“苍龙”“飞龙”),1艘重巡洋舰(“三隈”),332架飞机(包括备用机,被炸毁于航母约280架,仅被击落42架),3500人阵亡。这场战役改变了太平洋地区日美双方的实力,日军虽然仍能维持战局,但日美海军航空战力之间的差距却大为缩窄,自此日本在太平洋战场处于被动局面。