5月24日，尼米兹召集太平洋舰队司令部的情报、作战人员会议，罗彻福特却姗姗来迟，他向面有不悦的尼米兹表示歉意，解释到因为经过三天三夜的艰苦工作，他的助手韦斯利。赖特海军少校刚刚成功破译出了日军计划中的最后秘密——日军将在6月3日进攻阿留申，6月4日进攻中途岛。可是在美军确切掌握了日军作战计划所有细节，进攻时间、地点，乃至参战各舰舰长的名字，这些精确的情报不仅没有打消太平洋舰队和海军作战部一些人的怀疑，甚至加剧了他们的担忧，这会不会是日军的圈套？为什么日军会将如此机密的作战计划全部用电报发送，因为即便是最保险的密码，也有被破译的可能，这可是人人皆知的常识。
此时，尼米兹完全显示了一位战略家的胆识，他认为日本联合舰队司令官山本五十六和自己一样了解中途岛对美国和日本的意义，山本五十六不会动用联合舰队的力量来和自己开玩笑，自己也不是傻瓜，不去守最重要的地方而去守次要的地方。他的情报军官莱顿中校随即开始根据各方面的情报，以及太平洋的气象、洋流等资料，整天伏案工作计算美军最有利的截击航线。
5月27日晚，太平洋舰队司令部以及第16、17特混编队司令部举行联合军事会议，讨论制定作战方案。出席者有中太平洋舰队司令尼米兹、参谋长德雷梅尔少将、作战参谋麦克莫里斯海军上校和情报参谋莱顿，第16特混编队有司令斯普鲁恩斯、作战参谋伯雷克中校，第17特混编队有司令弗莱彻、作战参谋辛德勒中校。会议决定，在处于兵力劣势但明晰对方计划的特定情况下，应以出其不意为作战原则，美军舰队在中途岛以北200海里处隐蔽待命，这一待机地点就以‘幸运角’为代号，当日军舰队派出舰载机攻击中途岛之际，对日军航母实施突袭。
此项作战计划被编为美国太平洋舰队第29—42号作战计划。为了能尽早发现来袭之敌，美军在中途岛以西700海里、300海里、150海里分别部署1艘、3艘、6艘潜艇，组成警戒线进行巡逻，在中途岛西北海域部署2艘潜艇作机动巡逻。并从五月底开始每天派出22架次水上飞机对中途岛以西700海里范围按不同扇面进行长达15小时的巡逻搜索，以便在日军舰队进入攻击距离之前就能发现。同时为了迷惑日本海军。
尼米兹还特别命令正在珊瑚海活动的“坦吉尔”号和“盐湖城”号巡洋舰使用航母通常所使用的无线电频率发报，实施无线电伪装，欺骗日军的无线电监听。
5月28日，斯普鲁恩斯率领由2艘航空母舰、5艘重巡洋舰、1艘轻巡洋舰、9艘驱逐舰组成的第16特混编队从珍珠港起航。出航后，将第29—42号作战计划下发到各舰指挥官，计划虽然没有说明情报来源，但对于日军作战计划的详尽程度仍令人震惊。以至于“企业”号航母的领航主任理察。鲁布尔中校看过计划后，不禁惊呼：“我们付给情报人员的每一分钱都是绝对值得的！”在起航前，尼米兹特意指示斯普鲁恩斯，此次作战必须遵循‘盘算好了再冒险’的原则，如果没有给予敌重创的可能，则不应将己方置于危险之地。5月30日，弗莱彻指挥的由1艘航空母舰、2艘重巡洋舰、5艘驱逐舰组成的第17特混编队从珍珠港起航。
6月2日，美军两支编队在距离中途岛260海里代号为“幸运点”的海域会合，共有航空母舰3艘，巡洋舰8艘，驱逐舰14艘，舰载机233架，由弗莱彻少将统一指挥。同时对本土也加强戒备，7艘老式战列舰因航速太低又无驱逐舰护航，就没有派往中途岛，留在美国西海岸。西部沿海城市旧金山、洛杉矶都停止民用广播，改为战时军用广播。在夏威夷，海军陆战队进入戒备状态；珍珠港已经停工停市，并由工人和职员组织了民防义勇队在街上巡逻；海军船厂等要害单位开始实行灯火管制；陆军医院腾出床位，准备接受伤员。美军已经严阵以待。
而在美军开始武装到牙齿，等待日军到来的时候，日军伊—121号和伊—123号潜艇到达弗伦奇环礁，准备为执行珍珠港侦察任务的水上飞机加油，不料发现那儿有2艘美舰在游弋，二十四小时后，美舰仍未离开，日军只得取消了这一代号为‘k计划’的侦察行动。中太平洋气候逐渐转坏，狂风暴雨中日军各舰队航行非常困难，不得不降低航速。更为严重的是‘大和’号监听到了一艘美军潜艇在运输船队附近海域发出的长篇紧急电报，尽管日军无法破译密码，无法知道电文具体内容，但毫无疑问，运输船队肯定已被发现，中途岛作战成功的前提条件保密性已荡然无存。面对如此严重的敌情变化，狂妄自大的日军却丝毫不以为然，联合舰队司令部的有些军官还乐观地认为如果美军猜到我们的作战意图，出动舰队阻止我军进攻的话，正好可以达到诱敌出动之目的，为全歼美军舰队创造有利条件。
5月31日，中太平洋天气依然没有好转。‘大和’号又监听到美军夏威夷和阿留申地区电信通讯异常频繁，飞机、潜艇的电讯往来尤其活跃，还有一支特混舰队出航的明显迹象。由于‘k号计划’侦察行动受挫，山本无法弄清目前美军在珍珠港究竟有多大兵力，但是他仍寄希望于先遣编队潜艇所建立起的警戒线将能够提供早期预警以及美军兵力情况。可是在日军潜艇建立起警戒线之前，美军的两支航母编队就已通过了，山本的这一算盘又落空了。