Во второй половине дня 27 мая Оперативное Соединение 17 прибыло в Пирл-Харбор. Оно пробыло в море рекордный срок — 101 день! Быстрый осмотр повреждений «Йорктауна» показал, что после временного ремонта корабль сможет выйти в море 30 мая. Поэтому командующим американскими авианосцами был назначен Фрэнк Джек Флетчер. Два адмирала почти не располагали временем, чтобы согласовать свои планы, так как Оперативное Соединение 16 вскоре должно было выходить. Однако Спрюэнс понимал, что после того как будут обнаружены вражеские авианосцы, его 2 авианосца должны нанести удар всеми имеющимися самолетами. Капитан 1 ранга Браунинг и остальные офицеры авиационного отдела штаба начали готовить детальные планы, исходя из этого предложения.

Утром 28 мая Оперативное Соединение 16 вышло в море. Оно состояло из 2 авианосцев (150 исправных самолетов), 5 тяжелых крейсеров, 1 крейсера ПВО, 9 эсминцев. Спрюэнс проложил курс к северу от Гавайских островов, чтобы обойти вражеские подводные лодки. Секретность ставилась на первое место. Адмирал приказал снять ключи с самолетных раций, чтобы кто-то из летчиков случайно не послал сигнал в эфир. 1 июня после дозаправки в море Оперативное Соединение 16 вышло в район к северо-западу от Мидуэя. На следующее утро на горизонте появилось Оперативное Соединение 17, которое тоже прибыло в «Счастливую точку» в 325 милях от острова. Оно насчитывало 1 авианосец (71 исправный самолет), 2 тяжелых крейсера и 6 эсминцев. Флетчер держал оба авианосных соединения рядом, но не объединял их вместе. Он предложил Спрюэнсу держаться в 10 милях юго-восточнее Оперативного Соединения 17 — в пределах прямой видимости, чтобы не нарушать радиомолчание, — и повторять его маневры. Чтобы избежать случайного столкновения с японцами, если те подойдут к Мидуэю раньше указанной даты, днем Флетчер следовал на северо-восток прочь от острова. Ночью он повернул на обратный курс, стараясь держаться в пределах указанного района ожидания. С этого момента Спрюэнс держал свои самолеты в резерве, чтобы нанести главный удар по японцам. Ведение разведки возлагалось на авиагруппу «Йорктауна». После начала боя уже его самолеты должны были оставаться в резерве.

Утром 3 июня, когда американские авианосцы маневрировали северо-восточнее Мидуэя, было получено первое реальное подтверждение правильности выводов разведки, на которых Нимиц построил весь план операции. Японские авианосные самолеты нанесли удар по Датч-Харбору на Алеутских островах. Незадолго до полудня Флетчер и Спрюэнс узнали, что разведывательные самолеты с Мидуэя обнаружили вражеские корабли в 700 милях на запад от острова. Из Пирл-Харбора Нимиц радировал всем своим командирам, что это транспорты с десантом, а не авианосцы. Последние, скорее всего, должны были находиться гораздо ближе к острову, где-то на северо-западе от него. Они наверняка готовили утренний налет авиации на Мидуэй. В течение всего дня тот же самый шторм, который укрывал американские авианосцы, мог скрыть и японские от самолетов-разведчиков с Мидуэя.

Ночью силы Флетчера, не спеша, двигались на юго-запад со скоростью всего 13,5 узлов. На рассвете 4 июня «Йорктаун» отправил 10 пикировщиков на поиск в северном секторе, а затем изменил курс согласно плану. «Энтерпрайз» и «Хорнет», которыми командовал Спрюэнс, находились в полной готовности. Мидуэй тоже приготовился отразить нападение японцев. 22 летающие лодки PBY «Каталина» вылетели на разведку, а 16 тяжелых бомбардировщиков В-17 «Летающая Крепость» поднялись, чтобы атаковать десантное соединение японцев, приближающееся с запада. 37 пикировщиков, торпедоносцев и средних бомбардировщиков стояли в готовности на аэродроме острова, чтобы взлететь, как только радар обнаружит приближение вражеской авиации. Напряжение достигло предела.

Ударное соединение (Кидо Бутай) вице-адмирала Тюити Нагумо, совершенно не подозревая о том, что противник находится в полной боевой готовности, прибыло в намеченное время. Нагумо имел 4 авианосца, 2 быстроходных линкора, 2 тяжелых и 1 легкий крейсера, 11 эсминцев. На рассвете Кидо Бутай находилось в 240 милях северо-западнее Мидуэя и всего в 200 милях западнее авианосцев Флетчера. В ангарах 4 авианосцев находились 228 исправных самолетов, не считая 21 истребителя, которые планировалось оставить на Мидуэе. В 4.30 с японских авианосцев взлетели 108 самолетов, которые должны были атаковать Мидуэй. Нагумо быстро подготовил к взлету вторую группу из 108 самолетов, которая должна была стартовать, как только будут обнаружены американские корабли. Японцы были совершенно уверены, что добились внезапности.

В 5.34 американские авианосцы перехватили сообщение одной из «Каталин»: «Вражеские авианосцы». Через 11 минут другой самолет сообщил: «Много самолетов направляются к Мидуэю, пеленг 320º, дистанция 150 миль». Это означало давно предсказанный воздушный налет на остров, но где же японские авианосцы? Флетчер решил отделить соединение Спрюэнса и выдвинуть в том направлении, где по предположениям находились вражеские авианосцы. Прожектор «Йорктауна» передал приказ: «Следовать на юго-восток и атаковать вражеские авианосцы, как только их координаты будут точно установлены. Я последую за вами, как только приму самолеты».

«Энтерпрайз» еще не успел принять этот сигнал, как по радио пришло долгожданное сообщение: «2 авианосца и 2 линкора, пеленг от Мидуэя 320º, курс 135º, скорость 25 узлов». По крайней мере 2 японских авианосца нашлись. В 6.07 Оперативное Соединение 16 повернуло на новый курс и увеличило скорость, чтобы выполнить приказ Флетчера. И тут Спрюэнс на основе двух полученных сообщений принял первое из трех критических решений, которые определили исход битвы при Мидуэе.

На флагманском мостике адмирал вместе со штабом быстро нанесли на карту позицию вражеского соединения. Оно находилось по пеленгу 247º на расстоянии 175 миль от «Энтерпрайза». Если исходить из курса вражеских авианосцев, они следовали к Мидуэю, чтобы принять ударную группу, которую выслали для атаки острова. Браунинг хотел нанести удар, когда японцы примут эти самолеты и до того, как они поднимут в воздух вторую волну. Но Спрюэнс думал иначе. Позднее он писал, что его главной заботой была «необходимость добиться полной внезапности и всеми силами атаковать вражеские авианосцы как можно раньше». Удовлетворенный тем, что может нанести удар, Спрюэнс приказал: «Поднимать самолеты». Перед Оперативным Соединением 16 находятся 2 вражеских авианосца. Об остальных можно будет позаботиться позднее.

Штаб обсудил положение перед тем, как выполнить приказ адмирала. Осложняло ситуацию то, что торпедоносцы и истребители сопровождения с трудом могли пролететь 175 миль. Самолеты можно было начать поднимать немедленно. Флетчер во время боя в Коралловом море проводил атаки с такой дистанции. Командир «Хорнета» капитан 1 ранга Марк Э. Митчер ждал подобного приказа и уже сам приказал летчикам занять места в самолетах. Однако для подъема самолетов авианосцы должны были повернуть на юго-восток против ветра и дать полный ход, что уводило их от цели. Это увеличивало продолжительность полета и оставляло летчикам меньше времени на поиск противника, если того не окажется в указанном месте.

Поэтому Браунинг рекомендовал задержать взлет на 45 минут, чтобы авианосцы ближе подошли к неприятелю. Полагаясь на опыт Браунинга в летных операциях, Спрюэнс согласился. В 6.14 Оперативное Соединение 16 повернуло на курс 240º и увеличило скорость до 25 узлов. Если вражеские авианосцы будут следовать прежним курсом с прежней скоростью, в 7.00 они окажутся по пеленгу 239º на расстоянии 155 миль от Оперативного Соединения 16. Если задержать старт на 45 минут, самолетам все равно придется пролететь около 175 миль, перед тем как выйти в атаку.