Jako pierwsza wypatrzyła Japończyków 8. Eskadra Torpedowa z „Horneta”. Jej atak został jednak krwawo odparty. Japońskie myśliwce zestrzeliły wszystkie maszyny, a żadna ze zrzuconych do wody torped nie trafiła. Podobny los spotkał pilotów z 6. Eskadry z „Enterprise” oraz 3. Eskadry z „Yorktowna” – ocalało zaledwie sześć z 22 samolotów.
O godz. 10.20 Nagumo mógł wreszcie posłać przeciwko wrogim lotniskowcom swoje bombowce, samoloty torpedowe i myśliwce. Ale gdy tylko zaczęły startować, nadleciała kolejna fala amerykańskich maszyn. Niczym rój pszczół spadła na wrogie okręty. Artyleria przeciwlotnicza otworzyła ogień ze wszystkich luf. Było już jednak za późno. Na zatłoczone gotowymi do startu samolotami pokłady lotniskowców posypały się bomby. Rozpętało się istne piekło.
Pożary i eksplozje – jedna z bomb wybuchła pod pokładem, w hangarze wypełnionym torpedami – w ciągu kilku minut ogarnęły „Akagi”, flagowy okręt Nagumo. Wiceadmirał ewakuował się na krążownik „Nagara”, a załoga jeszcze przez kilka godzin bezskutecznie walczyła o uratowanie okrętu. W wielką pochodnię błyskawicznie zmienił się też „Soryu”, trafiony trzema bombami przez dauntlessy 3. Eskadry Bombowej z „Yorktowna”. Z kolei dwie eskadry z „Enterprise” pod dowództwem kmdr. por. Wade’a McClusky’ego zdemolowały „Kagę” – wybuchające bomby wyrwały ogromną dziurę w pokładzie, pod którym rozszalały się płomienie. O godz. 10.35 trzy z czterech japońskich lotniskowców były płonącymi wrakami, które tylko zrządzeniem niebios utrzymywały się na wodzie. Wieczorem dwa z nich zostały dobite torpedami przez własne niszczyciele.
W tej dramatycznej sytuacji dowódca ocalałego z pożogi „Hiryu” nie stracił rezonu i poderwał do lotu 18 bombowców oraz sześć myśliwców. Japońskie samoloty pognały za amerykańskimi maszynami, które po udanym ataku wracały na „Yorktowna”. Po drodze natknęły się na patrol wildcatów. Po krótkiej walce dziesięć bombowców spadło do wody, ale pozostałe zdołały dotrzeć do lotniskowca i zrzucić bomby. Pech chciał, że dwie wybuchły wewnątrz „Yorktowna”, niszcząc kotły i wywołując pożar. Potężny lotniskowiec nie mógł manewrować. Kontradm. Fletcher przeniósł się na krążownik „Astoria” i przekazał dowodzenie w bitwie Spruance’owi.
Gdy po dwóch godzinach sytuacja została opanowana, a silniki „Yorktowna” znowu zaczęły pracować, niespodziewanie nadleciała druga grupa samolotów z „Hiryu”. Dwie torpedy ugodziły w lewą burtę i przez wyrwy do środka wdarła się woda. Okręt przechylił się. Jego maszyny zamilkły. Ponieważ w każdej chwili mógł zatonąć, kapitan zarządził ewakuację załogi na krążące w pobliżu niszczyciele.
