Адмирал Нагумо считал, что американские авианосцы находятся далеко, но, тем не менее, решил держать наготове ударную авиагруппу, чтобы немедленно атаковать противника в случае его появления. Истребители должны были отразить возможную атаку базовой авиации с атолла Мидуэй. Для этого на Akagi стали готовить к вылету оставшиеся на борту самолеты. Их подняли на палубу и откатили на предназначенные для них места. На носовом самоле-топодъемнике доставили девять А6М, а на среднем и кормовом — 18 бомбардировщиков-торпедоносцев B5N. Матросы технического дивизиона авиационной боевой части доставляли торпеды из погребов для боезапаса и подвешивали их на самолеты. В 05.00 подготовку завершили.
Прикрытие кораблей с воздуха осуществляли девять истребителей Zero с авианосца Када, и еще девять машин этого типа были подготовлены к взлету на Akagi.
В 05.20 истребители Akagi подняли в воздух по тревоге: над кораблями соединения появилась американская летающая лодка. Перехватить или сбить лодку зенитным огнем японцам не удалось. Судя по материалам радиоперехвата, ее экипаж передал координаты японских кораблей самолетам ударной группы с Мидуэя.
В течение последующего часа японцы фиксировали появление еще нескольких американских разведывательных самолетов, которые постоянно контролировали передвижение кораблей Нагумо.
Тем временем первая атакующая волна, закончив сбор и набрав высоту 4000 м, приближалась к цели. В 150 милях от Мидуэя самолеты были обнаружены никем не замеченной летающей лодкой противника Catalina. В 30 милях от атолла летающая лодка поднялась над строем японских самолетов и сбросила осветительную бомбу, послужившую сигналом для 26 американских истребителей, которые барражировали в воздухе на высоте 5500 м. Увидев условный сигнал, американцы бросились в атаку, однако им не удалось прорваться к ударным самолетам. Первым делом пикирующие бомбардировщики устремились к аэродрому на острове Истерн-Айленд, но самолеты противника, пилоты которых были извещены о налете, уже находились в воздухе, и бомбы были сброшены японцами на пустые ангары и ВПП. Особого вреда аэродрому эта атака не нанесла.
Ведущий ударной группы капитан-лейтенант Томонага передал по радио на Akagi: «Необходима вторая атака. Время — 07.00». Он думал, что к этому часу американские самолеты обязательно вернутся на аэродром для дозаправки. Японцам удалось положить несколько бомб в ВПП, вывести из строя топливопровод, уничтожить один ангар для гидросамолетов и один топливный склад. Береговые укрепления, созданные американцами для отражения высадки морского десанта, пострадали незначительно.
