1941年12月7日，日本偷袭珍珠港，太平洋战争爆发。在此后的6个月时间里，日军横扫太平洋，占领东南亚。1942年4月，美国空军上校杜立特率领飞行队对日本东京进行了一次成功的空袭。5月，日美两国海军在珊瑚海进行了人类历史上第一次航空母舰之间的海战。双方各损失一艘航母。这两次事件后，山本五十六更加迫切地想寻找美国航母进行决战。于是他派出联合舰队的主力战舰，企图夺取中途岛美军基地，诱歼美国太平洋舰队主力航母。
　　 中途岛位于太平洋中部，由两个珊瑚礁组成，虽然面积不大，但却是战略要害。日军如果占领它，可以威胁夏威夷，切断美军对西太平洋美军舰队的援助。山本五十六为夺取中途岛制定了一个庞大的作战计划，出动包括8艘航空母舰、11艘战列舰在内的184艘战舰及700架飞机，分兵6路，企图一举占领中途岛，寻机歼灭美国海军。山本五十六任命南云大将为此次战役的前线指挥官。
　　 6月4日凌晨，南云舰队抵达中途岛海域。此时海面上浓雾铺天盖地，即使用探照灯也无法照明。但南云认为美国海军此时应还在珊瑚海，不可能及时赶来。4时许，他命令第一波108架攻击机起飞，轰炸中途岛。
　　 日军机群进入中途岛后，遭到了少量美军飞机的拦截。但在数量上占据优势的日机很快就干掉了美机，随后在轰炸了机场等军用设施。此时，先后从中途岛方向飞来6架和4架美机前来轰炸南云舰队，被击落9架，只有一架逃脱。
　　 南云决定对中途岛发动更多的攻击。由于第2批飞机上挂的都是鱼雷，需要换上对地攻击炸弹。于是各个航母上的工作人员手忙脚乱地换炸弹。慌忙之中，换下来的鱼雷来不及收拾，都顺手堆在甲板上。
　　 7时半左右，侦察机报告在以东400公里的海面上发现美国舰队，其中有航母。南云有些吃惊。而此时第一批攻击中途岛的飞机正好返回，需要降落加油。南云只好下令腾出甲板空间，让第一批飞机降落。
　　 为了对付美国航母，南云又下令将第2批飞机上的炸弹全拆下来，换上鱼雷。其间又有2批美机来袭，虽然都被打退，但也给南云造成了一些恐慌。此时航母上乱作一团。9时40分，又有3批美机来袭，都被日机打退。南云相信，美国航母的舰载机已被消灭大部，没有能力再发动进攻了。此时无论是飞行员还是航母工作人员，都累得疲备不堪。
　　 10时20分，南云舰队的4艘主力航母以每小时30海里的速度向东行驶，寻找美国航母决战。十分钟后，侦察机报告发现美国舰队，110架轰炸机起飞，准备前去轰炸，战斗机还没来得及起飞，就在这时，50架美军轰炸机飞临日本舰队上空，投下了炸弹。
　　 倾刻之间，南云的3艘航母：“加贺号”、“苍龙号”、“赤城号”全部命中起火，舰上的弹药引发爆炸，很快就沉入了大海。南云紧急下令剩下的“飞龙号”航母上的飞机全部起飞，终于重创了美国航母“约克城号”，总算是扳回了一些面子。但“飞龙号”也很快被美军飞机炸沉。
　　 午夜时分，失去了航母的保护，南云不得不下令撤退。一天之内，日本海军损失了4艘航空母舰、350架飞机，阵亡官兵3000多人。撤退途中还损失了一艘重型巡洋舰。而美国海军只损失了1艘航母和75架飞机。
　　 此战日军失利的原因主要是侦察力度不够，没有及时发现美国舰队。南云也过于轻敌，他始终认为，美国太平洋舰队只有一艘航母，但实际上有3艘。另外，日军的舰队过于分散。为了分散美军的注意力，山本五十六甚至还派了一支舰队前去偷袭阿拉斯加。结果非但没有分散美军的注意力，反而把自己的注意力分散了。美国人并不是笨蛋，他不管日军几路来，他只集中优势舰队一路打。中途岛战役是太平洋战争的转折点，从此开始，日军被迫转向防守，美军开始占据战争主动权。