6月4日从清晨到此时，美军从中途岛和航空母舰上共出动战机99架，损失62架，战果为零。点儿背到了极点。但是，美军没有放弃。从“企业”号航母起飞的第6轰炸机中队没有在预定海域发现日舰编队，但中队长小麦克拉斯少校做出了一个极为重要又明智的决定：向北搜索！终于在10点找到了日军航空母舰编队。日军4艘航母正排成菱形编队向北行驶。令小麦克拉斯惊奇的是，空中没有一架警戒战斗机。原因很简单，日军已经迎战美军战机几波攻击了，空中警戒的战斗机因燃油、弹药耗尽，全部落舰补给。而且此时，日军航母正在掉头转到迎风方向，处于极易受攻击的境地。

    10时24分，“赤城”号发出起飞命令，飞行长摇动小白旗，第一架换班的日军警戒战斗机飞离甲板。正在此时，小麦克拉斯率领第6轰炸中队33架轰炸机俯冲下来，分成两队，分别攻击“赤城”号和“加贺”号航母（此时两航母没有做好放飞攻击编队的准备）。这次美国人否极泰来了。“赤城”号直接被两枚450公斤炸弹命中，在正常情况下，这对南云的旗舰不构成威胁，但谁让这时“赤城”号甲板上停满装满燃油的飞机呢，炸弹引爆了飞机，甲板上连续爆炸，“赤城”号的通信完全中断，南云忠一只得弃舰，转移到“长良”号轻巡洋舰上。接着，又有17架从美军“约克城”号航母起飞的俯冲轰炸机来了，“苍龙”号、“加贺”号也被命中！日军3艘航空母舰刹那间变成了3团火球，堆放在机库里的飞机及燃料和弹药引发大爆炸。火光直冲云霄，短短5分钟，日本3艘航空母舰被彻底炸毁了，战局发生大逆转。已经转移到“长良”号上的南云忠一目瞪口呆，不知所措。

    有关这段历史，有一个为人熟知的“决定命运的5分钟”的说法，最早是日本人提起的，意思是日军只差5分钟就能让航空母舰上的战斗机起飞迎战，那样的话，结果可能就完全不同了。近年来，日本朝云出版社出版的《中途岛海战》一书，提出了一个新观点：没有所谓的“决定命运的5分钟”。书中通过分析当时参战的日军证词，得出结论：3艘航母在中弹时，苍龙、飞龙攻击队的飞机至少还需要30分钟才能起飞，而“赤城”号、“加贺”号的战斗机起飞则需要更多时间。即便日军还差5分钟就能完成炸弹换鱼雷的工作，但要把一架架飞机，通过升降机提升到甲板上，再把起飞位置排列好，完成试运行，然后起飞，最少需要30分钟。所以，“决定命运的5分钟”很可能是不存在的。这大概是日本人独特的思维方式，说只差“5分钟”就意味着“本来我们能赢”。

    “约克城”号沉海底

    这时，南云的突击舰队只剩下一艘航空母舰了。那就是山口多闻指挥的“飞龙”号，他已接过空中作战的指挥权。要说日本人也够玩儿命的，山口多闻少将决定孤注一掷发动反击，他告诉“飞龙”号上的飞行员：“你们已是突击舰队的最后一批飞行员了。”这些人全都傻了，难以相信。

    10时40分，18架99式俯冲轰炸机和6架零式战斗机组成的攻击编队从“飞龙”号航母起飞，扑向美军航母舰队。途中，日机巧妙地跟在一批返航的美军轰炸机后面，成功地找到了“约克城”号，并立即发动攻击。虽然美机起飞迎战，但还是有3枚炸弹命中“约克城”号，炸弹在舰体内爆炸，但在美军船员的奋力抢救下，“约克城”号还能坚持航行，甚至甲板上的飞机还能起飞。

    这让日本人很不爽，不久又有10架日军97式鱼雷攻击机和6架零式战斗机从“飞龙”号起飞，对受伤的“约克城”号发起第二轮攻击。“约克城”号这次没那么幸运，被2枚鱼雷击中，左舷附近掀开两个大洞，舰上的全部动力、照明和通信设备损坏，舰舵还给轧住了。弗莱彻少将被迫转移到巡洋舰上，将指挥权移交给斯普鲁