6月7日深夜，向井海军少佐指挥的舞鹤镇守府第三特别陆战队约600人在基斯卡岛登陆；6月8日凌晨，穗积松年陆军少佐指挥的陆军北海支队约1200人在阿图岛登陆，两岛的登陆均未遭到美军抵抗。
这是因为美军北太平洋部队司令西奥博尔德海军少将不相信尼米兹通报的敌情，认为日军不会兴师动众夺取几个荒无人烟的小岛，其真实目的是为了在荷兰港或阿拉斯加登陆，所以他根本没有在这两岛屿上部署守备部队，主要舰艇部队也都部署在荷兰港以东，因此直到6月10日美军巡逻飞机才发现日军占领基斯卡岛和阿图岛。
阿留申群岛作战至此结束。美军荷兰港只遭到轻微损失，基斯卡岛和阿图岛的失守无论在战略上还是战术都无多大意义，仅仅是美国人颜面上难看点罢了。由于美军已经清楚地掌握日军主要攻击目标是中途岛，所以日军此次佯攻作战完全没有达到目的。
山本五十六为什么直接越过日本联合舰队北方编队司令细萱直接给角田下命令呢？原因是日本主力舰队遭到了重大损失。
6月3日下午，日军机动编队以二十四节航速直扑中途岛，编队採取环形队形，中央是四艘航母，四周是‘榛名’号和‘雾岛’号战列舰、‘利根’号和‘筑摩’号重巡洋舰、‘长良’号轻巡洋舰和12艘驱逐舰。距离中途岛越来越近，日军上下都比较紧张，舰上的对空瞭望哨多次将天空的星星看作是美军飞机的航行灯，接连发出虚警，使编队虚惊几回。
6月3日这一晚对于美军舰队的官兵而言，无疑是漫长的一夜！很多人写好了遗书，地勤人员则通宵苦干检查飞机，厨师忙碌地制作数以千计的三明治，作为明天的战斗快餐。倒是作为战斗主角的飞行员，异常的空闲，直到晚上9时，热闹的马拉松式的掷骰子赌博才宣告闭幕，因为美军历来迷信‘赌场得意，战场失意’，在战斗前夕赌博中大输的人，才会在战斗中拥有好运，所以输的人无一不是心中窃喜。
美军根据前几日的战斗接触，已预料到4日必会受到日军的袭击，做好了一切战斗准备，并通过破译密码已经掌握日军机动编队将从西北方向接近，只是还未发现，因此日出前，中途岛的岸基航空兵就向西北方向派出了pby巡逻机，并出动15架b—17轰炸机前去攻击昨天发现的日军登陆编队，而在海上的美军舰队，弗莱彻也于日出后从‘约克城’号航母派出10架sbd‘无畏’俯冲轰炸机前去搜索。
6月4日凌晨1时30分，美军航母上的飞行员起床，开始用牛排煎蛋早餐。几乎同时，几百千米之外，日军航母上的飞行员也开始进早餐，那是由米饭、豆汤、腌菜、干栗子，还有米酒组成的传统的征战餐，士气高昂的飞行员一边用餐，一边互祝胜利。6月4日凌晨2时45分，日军机动编队逼近中途岛，开始进行出击准备。南云的得力助手，作战参谋源田海军中佐不顾肺炎尚未痊癒，抱病来到指挥舰桥上。
4时30分，日军机动编队到达中途岛西北240海里处，按照预定计划从‘赤城’号和‘加贺’号航母各派出一架飞机，‘利根’号和‘筑摩’号巡洋舰各派两架水上飞机，‘榛名’号战列舰派一架水上飞机，共计7架侦察机对东南海域进行分区扇面搜索。
攻击机群就要起飞去空袭中途岛了，而南云对于美军舰队的动向仍然是一无所知。此刻，南云对敌情是这样判断的：美军舰队将会在日军攻击中途岛之后或从珍珠港出海，或从索罗门群岛北上；中途岛美军岸基飞机的空中巡逻主要是向西和向南，而不是机动编队所在的北面和西北面；美军空中巡逻半径估计约为500海里；美军既未察觉日军企图，也未发现机动编队；在机动编队附近没有迹象表明有美军舰队；因此可以先空袭中途岛，歼灭岛上岸基飞机后，再转头迎击美军舰队，并予以歼灭。
在此判断下，南云决定首先空袭中途岛。4时45分，从4艘航母上共起飞108架舰载机，由源田推荐的‘飞龙’号飞行分队长友永城市海军大尉代替他担任空中总指挥兼轰炸机领队长机，‘加贺’号飞行分队长小川正一海军大尉为鱼雷机领队长机，‘苍龙’号飞行分队长菅波曾治海军大尉则带领战斗机负责护航。
5时，4艘航母的飞行甲板上又摆满了飞机，这是第二攻击波，以便一发现美军舰队便可起飞迎击。第二攻击波和第一波一样，也是108架飞机，战斗机、轰炸机、鱼雷机各36架。轰炸机队的领队长机是‘苍龙’号飞行分队长江草隆繁海军少佐；鱼雷机领队长机是‘赤城’号飞行分队长村田重治海军少佐；战斗机领队长机是‘赤城’号飞行分队长板谷茂海军少佐。
5时52分，由霍华德。艾迪上尉驾驶的pby‘卡塔林纳’式水上侦察机发现日军机动编队，并藉助云层的掩护巧妙避开日军战斗机的拦截，一面监视日军舰队一面向中途岛报告，“中途岛320度方位，距离180海里处，发现日军两艘航母及其警戒舰只！”在中途岛机场待命的4架挂载鱼雷的b—26轰炸机、6架tbf鱼雷机、12架sb2u俯冲轰炸机和16架sbd俯冲轰炸机就立即起飞，前往霍华德。艾迪上尉报告的海域。
此时日军的飞机也被中途岛的雷达发现，美军战斗机紧急起飞去拦截日军战机，但是日军零式战斗机显示了它的优越性能，成功击退了美战斗机的拦截。美机被击落16架，4架因伤在海上迫降，还有4架被击伤。日军只损失2架战斗机，而日军轰炸机和鱼雷机，无一损失。