Dowódcą jednostki wywiadowczej w Pearl Habor był kmdr Joe Rochefort. To on wykrył, że Japończycy zaatakują Port Moresby, to on wreszcie ustalił, że ich następnym celem będzie atol Midway, leżący 450 mil morskich na zachód od Hawajów. Znajdowało się tam lotnisko, stacje radiolokacyjne i zbiorniki z paliwem; strzeżone przez 3 tys. amerykańskich żołnierzy i 37 samolotów.
Adm. Yamamoto od trzech miesięcy planował inwazję na ten najdalej wysunięty na zachód punkt oporu Amerykanów na Pacyfiku. Przy okazji chciał osiągnąć znacznie ambitniejszy cel – zwabić w pobliże Midway główne siły Floty Pacyfiku i zniszczyć je w walnej bitwie.
Operacja została przygotowana bardzo starannie. Aby odwrócić uwagę Amerykanów, Yamamoto wysłał grupę okrętów na Aleuty z zadaniem zajęcia dwóch wysepek archipelagu. Samoloty z trzech lekkich lotniskowców miały zbombardować bazę w Dutch Harbor i zapewnić osłonę powietrzną desantu. Do ataku na Midway wyznaczono zespół inwazyjny wiceadm. Kondo (15 transportowców z piechotą, lekki lotniskowiec, dwa krążowniki liniowe, osiem ciężkich i jeden lekki krążownik, niszczyciele) oraz zespół uderzeniowy lotniskowców wiceadm. Nagumo (cztery duże lotniskowce „Akagi”, „Kaga”, „Hiryu” i „Soryu”, dwa pancerniki, dwa ciężkie krążowniki, niszczyciele). Odwodowym zespołem pancerników (trzy jednostki, w tym największy okręt świata „Yamato” o wyporności 69 100 t), wspieranym przez lekki lotniskowiec i niszczyciele, dowodził osobiście adm. Yamamoto. Do działań rozpoznawczych między Midway a Hawajami skierowano 17 okrętów podwodnych.
Gdy pod koniec maja japońska armada wypływała z Zatoki Tokijskiej, Yamamoto był pewny sukcesu. Na podstawie błędnych informacji zakładał, że Amerykanie nie będą mogli użyć przeciwko jego flocie lotniskowców (japoński wywiad twierdził, że „Yorktown” podzielił tragiczny los „Lexingtona” na Morzu Koralowym, natomiast „Hornet” i „Enterprise” operują na południu, w pobliżu Wysp Salomona).
Tymczasem adm. Nimitz, nie wiedząc jeszcze, kiedy nastąpi atak, zadbał o wzmocnienie obrony Midway. Na piaszczystych wysepkach atolu powstały fortyfikacje polowe i pola minowe; oprócz tego ściągnięto działa przeciwlotnicze i 69 samolotów (w tym 15 ciężkich bombowców B-17 zwanych Latającymi Fortecami). Do walki z japońską flotą posłał zaś dwa zespoły uderzeniowe: 16. kontradm. Raymonda Spruance’a (lotniskowce „Hornet” i „Enterprise”, 16 krążowników i dziewięć niszczycieli) i 17. kontradm. Fletchera (lotniskowiec „Yorktown” dwa krążowniki i pięć niszczycieli). Ogólne dowództwo sprawował bardziej doświadczony Fletcher.
