美国太平洋舰队总司令尼米兹海军上将立即制订了对付山本五十六的作战计划。要求避免同优势之敌进行正面对抗，必须以消耗战来削弱敌人的兵力，用潜艇和轰炸机袭击各个孤立之敌。尼米兹下令，利用情报优势来弥补数量上的劣势，以便集中力量挫败日本突击进攻部队。为了保证美国的航空母舰在合适的时间到达合适的地点，尼米兹命令作战情报处必须提供“AF”行动的准确时间。可是经过三天三夜紧张的破译，隐藏在这些密码中的关键的日期还是没有解开。5月24日，在尼米兹召集的作战会议上，头天晚上忙了一个通宵，为破译日军难以对付的5位数密码绞尽了脑汁的罗彻福特，双眼布满血丝，精疲力尽但又神气十足地报告：6月4日，日本舰载机攻击部队将袭击中途岛。他们将从西北方向来，方位325°。在离中途岛175英里处，他们将被我方发现，时间是中途岛时间6时。
　　1942年6月1日，日本联合舰队全部出动了。这天，阴云密布，掩护着日舰向东驶去。从塞班岛起航的士兵，深信他们一定会占领中途岛。
　　他们嘱咐留在岛上的人，如果收到他们的家信，就请转寄“日出之岛”──这是日本给即将占领的中途岛起的新名字。而山本五十六在出发前，曾经写信给他的情妇说：“现在已经到了关键时刻。”至于他一手策划的这场决战，他在信中却含糊其词地说：“我对它并不抱多大的期望。”这同他在部下面前那种信心十足的劲头形成鲜明的对照。
　　山本的决战计划一开始就乱了套。前往珍珠港拦截美国舰队的13艘潜艇晚到了一天，而两支美国特快舰队，根据日方密电中进攻的时间表，早已从珍珠港出动，正悄悄驶往中途岛海域，进入有利的位置。
　　6月3日，日本各舰队进入进攻位置，山本等人这时所得的情报是，在这个海域里没有美国航空母舰，它们都远在南太平洋的所罗门群岛。
　　其实，这是中了美国人假情报的计。
　　4日清晨，负责主攻的日本南云忠一海军中将命令“赤诚”、“加贺”、“飞龙”、“苍龙”四艘航空母舰上的108架飞机立即出动，去袭击中途岛。这时岛上的119架美国飞机，由于事先得到了情报，都升空迎战和逃避轰炸。
　　在第一批飞机离开母舰后，南云忠一又命令第二批飞机升到甲板，装上鱼雷，准备去袭击美军军舰。这时候，第一批轰炸中途岛的日机指挥官返航，报告要求对中途岛进行第二次轰炸。于是，南云忠一又命令士兵卸下鱼雷，换上炸弹。顿时，甲板上忙得不可开交。就在此刻，日本侦察机报告，发现10艘美舰正位于东北200英里处。这个消息，使南云忠一大吃一惊，因为他知道，这么大的舰队，至少拥有一艘航空母舰。
　　于是南云忠一又下令甲板上的飞机，改去袭击美舰。这样又要卸下炸弹，装上鱼雷。恰巧又碰上第一批轰炸中途岛的飞机归来，而第二批飞机又停在甲板上，使它们无处降落。南云忠一又下令把飞行甲板腾出，让返航的飞机降落。
　　战机贻误了，时间一分一秒地过去。从美国航空母舰上起飞的轰炸机直扑“赤诚”、“加贺”和“苍龙”，炸弹呼啸而下。这8艘大型航空母舰中弹后，立即引起舰上飞机起火和堆在甲板上的炸弹连续爆炸。霎时间，弹片横飞，穿过甲板，又在舰体深处引起爆炸，机舱破坏，舰舵失灵。甲板上许多飞机不是烧毁，就是落海。不久，这三只庞然大物就变成一堆堆废铁，沉入到太平洋中。
　　南云忠一正在旗舰“赤诚号”上指挥，眼前这一切使他呆若木鸡。在部下的催促下，他离开正在燃烧的旗舰，转移到一艘巡洋舰上，向山本五十六报告。这时候，山本正威风凛凛地坐在他的旗舰“大和号”上，这是当时世界上最大的战列舰。惨败的消息，使他的胃剧烈地疼起来。过了一会儿，他又像一个输红了眼的赌棍，命令所有的舰队向他集中，企图诱使美国舰队继续西进，想用他的舰队猛烈的炮火摧毁美国舰队。但是美舰指挥官识破了山本的计划，没有上当。
　　6月4日中午，幸存的“飞龙号”航空母舰，派出飞机，把美国航空母舰“约克顿号”炸成重伤，而美国舰队飞机很快又报了仇，把“飞龙号”炸沉。
　　日方败局已定。5日凌晨，山本发出命令：“取消占领中途岛的行动！” 　　日本在中途岛海战中的惨败，使它丧失了4艘航空母舰、一艘重巡洋舰、234架飞机、几百名海军飞行员和2200名水兵。东京参谋本部为了掩盖他们惨重的失败，6月10日在电台播放响亮的海军进行曲之后，宣称这次战斗后日本已“成为太平洋上的最强国”。4天之后，当联合舰队返回驻地时，东京还举行了灯笼游行，庆祝这次“胜利”。
　　在美国太平洋舰队总部庆祝会上，尼米兹海军上将派自己的车去接作战情报处罗彻福特海军中校。这位平时不修边幅的青年军官，由于换衣服的时间太长，当他赶到会场的时候，香槟酒都喝光了。尼米兹当着他的全体部下的面，夸奖罗彻福特，说：“中途岛的胜利主要功劳应归于这位军官。”
　　中途岛海战是太平洋战争中的一个转折点。美国海军总司令金海军上将说：“中途岛战斗是日本海军三百五十年以来的第一次决定性的败仗。它结束了日本的长期攻势，恢复了太平洋海军力量的均势。”从此，日本在太平洋战争中就每况愈下了。
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