守岛部队的6架“复仇者”鱼雷轰炸机、4架装有鱼雷的陆基轰炸机、19架轰炸机和37架“无畏”“守护者”俯冲轰炸机，起飞后向北面的南云航空母舰方向扑去；还有20架“水牛”式战斗机和6架“野猫”式战斗机向西北方飞去，迎战扑面而来的日本攻击机群。
6时16分，美国战斗机与日本机群遭遇了。
负责护航的日军“零”式战斗机队首先向美军飞机开火，双方的飞机不断翻飞、俯冲，相互攻击。日军的战斗机在数量和性能上都远远超过迎击的守岛部队的飞机。很快，17架美军战斗机被日军战斗机击落，7架美军战斗机被击伤。
摧毁了美军飞机的截击，日本攻击机群迅速进攻中途岛。轰炸机冒着守岛部队的高射炮火不断俯冲，轰炸了20分钟，炸毁了油库和一个空的飞机库。