9时25分，一队由大黄蜂号起飞的15架TBD蹂躏者式俯冲轰炸机编队发现了正在为甲板上挂弹及加油的日军航母舰队，在脱离战斗机的护航之下便直接进行攻击。在几乎等于自杀的攻击中，该编队全数被零式战斗机和高射炮火击落，30名飞行员及炮手除1人生还外全部阵亡，生还者盖伊少尉用一个橡胶筏子漂流一天后获救。
9时30分，从企业号、约克镇号起飞的共41架美军鱼雷轰炸机陆续尾随而来，向苍龙号和飞龙号展开攻击。然而此波攻击几乎也是自杀性，只有7架返航，而所投鱼雷竟无一命中。
9时37分接到利根4号机于30分时发送的电报“燃料不足我要返航”阿部少将命令它再留在原地时它说“我办不到”于是允许它返航。
10时，苍龙的十三试侦察机按利根4号机报告的错误方位，没能找到美国航母。
10时10分，兰斯马塞少校的约克城第3俯冲轰炸机中队开始攻击飞龙号，掩护他的6架F4F的指挥官琼-萨奇少校第一次以他的“萨奇剪”战术面对15架零战，尽管战果可观（损失1架击落5架零战），但是12架TBD中有10架被击落，剩下的最后也都在海上迫降了。射向飞龙号的5条鱼雷无一命中。
1942年6月4日，中途岛之战中，日本苍龙号航母机动航行，躲避陆军航空队B-17飞行堡垒投下的炸弹。
没有受到保护的日本航母只好原地转圈，来躲避空袭。
10时20分，一批又一批各式的美军战机都被驱赶或击落，而护航的零式也因此都降到了低空。渊田美津雄的“命运五分钟说”称此时日军舰载机攻击队已准备就序，此时，日军航母甲板上到处是鱼雷、炸弹及刚加好油的飞机。但是，近年史学家已经引用参战飞行员的回忆证明基本上此时日本航母上只有一些换班的战斗机。
据赤城的雷击机电报员松田宪雄回忆，当时刚发令“第二次攻击队整列”，搭乘员们都在喝茶或抓紧休息。而从飞龙号在珍珠港的起飞时间－第一波18架97与9架零战用了15分钟来看，五分钟也是远不够攻击编队起飞的。
马克拉斯基少校率领的轰炸机队是跟随着驱赶攻击雾岛号不得手的鹦鹉螺号潜艇的岚号驱逐舰盯上日本舰队的，他先前不顾燃料缺乏决定继续搜索之举被尼米兹形容为“挽救了特混舰队和整个中途岛的军队命运”当一架日本零式飞离飞行甲板时。企业号的VB-6和VS-6 33架无畏式俯冲轰炸机分成2部分别攻击赤城号和加贺号，10:22时马克拉斯基对加贺取得近失弹，第四发加拉弗中尉命中了后部甲板 接踵而来的是17架从约克镇号航空母舰上起飞的无畏式俯冲轰炸机在雷兹利少校（他本人在内数机先前因事故掉下了炸弹，但是仍然带队冲锋）带领下攻击苍龙号，第2架冲下的霍姆贝格命中了它的前升降机亲眼看到“一架零式正在起飞，被弹进了海里”，他们主张取得了命中5发近失弹3发，实际只有3发。
对美军来说幸运的是贝斯特率领的4架约克城飞机因为失去联系而未跟随大队，反而得以盯上赤城不让她漏网。赤城号被命中的则有一发或两发之说，渊田中佐被气浪震得双脚骨折。此时3艘航空母舰分别中了加贺3发，赤城1-2发，苍龙3发，同时因为波及堆放在机库中的飞机、燃料和弹药而引发连锁的大爆炸，5分钟内日军3艘航空母舰即遭到美军重创而丧失作战能力。
1942年6月5日日出后不久，严重受损、正在燃烧的日本飞龙号航母，照片由凤翔号航母上的一架飞机拍摄。飞龙号数小时后沉没。请注意前机库上方倾陷的飞行甲板。
10时50分，接替南云指挥的阿部弘毅第八戦队司令官向山本通报了受重创的消息同时命令第二航空战队的山口多闻少将立刻发动反击。[32]11时由18架九九式俯冲轰炸机和6架零式战斗机组成的攻击编队在小林道雄大尉指挥下从飞龙号起飞。他们装的炸弹12颗是普通弹，6颗是陆用炸弹。在几乎与此同时发现了美国舰队正确位置的筑摩5号机引导下开始反击。
苍龙的十三试发现了返航的敌机队开始发报，40分钟后被收到。 在接到坏消息时，黑岛龟人首席参谋流着泪敲打桌子，山本五十六和渡边下着将棋时听到“赤城，严重被炸，全员退舰”的报告时一边下子，一边说“又被干掉了啊”、“南云会（活着）回来的吧。”
11点20分，飞龙的机群找到了约克镇号并予以攻击。多架飞机被击落，只有8架99舰爆进入俯冲，有3架被击落，5机投弹，3颗炸弹命中约克镇号。虽然遭到重创，但是在船员的极力抢修下，约克镇号又恢复了航行功能，并能继续给机上的战斗机加油。日军的代价是连同小林道雄在内被击落3架零战和13架99，只有一架零战和五架99成功返回飞龙号。而这当中经修理能使用的只有1架零战和2架99。
1942年6月，一位美国海军摄影师冒险飞近敌舰，拍下了这张惊人的俯瞰一艘日本最上级重巡洋舰的照片，军舰已被美海军投下的炸弹重创，装甲板、钢甲板和上层建筑扭成一团。
