先遣队(1艘巡洋舰、15艘潜艇)进至中途岛和夏威夷之间,侦查中途岛天气和美军军情、攻击增援中途岛的美军舰队;第1机动部队(司令南云忠一,辖4艘重型航母)负责空袭中途岛并捕捉歼灭美军舰队;攻占中途岛部队负责输送登岛部队;主力部队(山本五十六指挥)于中途岛以北支援第1机动部队作战;北方部队负责攻占阿留申群岛重要岛屿;岸基航空部队负责攻取中途岛后,在岛上建立空军基地,并持续、广泛实施空中侦察、警戒。作战发起时间定为1942年6月5日(东京时间)。
1942年3月底计划出台,4月初提交海军军令部讨论,遭到了强烈反对,海军军令部认为由于中途岛距离较远,无法得到岸基航空兵的支援,而且难以做到出其不意,退一步说,即便占领中途岛,组织防御和维持补给都是非常困难的。
1942年5月初在太平洋上的局势极为严峻,太平洋舰队司令尼米兹上将通过对日军现状的分析研究,判断日军如果发动攻势的话,中途岛必将是首要目标,所以他放下手头繁忙的工作,于5月2日前往中途岛视察。尼米兹仔细检查了岛上的防御工事,查看了通讯设施和线路,尤其关心对连接珍珠港的海底电话线路的情况,因为这条线路可以直接通话,又没有遭到干扰和侦听的危险,一旦战斗打响,将是最重要的通讯线路。
正当山本谋划此次行动时,1942年5月7日,珊瑚海战斗爆发,这是人类历史上航空母舰的首次大规模交锋。珊瑚海战斗对于阻止日本入侵澳大利亚起到了决定性作用,但也增强了山本征服中途岛的决心,他欲在那里建立一个飞机场,作为打击所有来自美国基地的船只。
1942年6月4日4点45分,从日本联合舰队的四艘精锐航空母舰上起飞的108架**,按照预定方案出发空袭中途岛。与此同时,日本的第二波攻击波也开始准备就绪,准备应付可能发生的意外情况。