中途岛位于太平洋中部，是北美和亚洲之间的海上和空中交通要冲。它由周长24公里的环礁组成，陆地面积约5.2平方公里。1867年，中途岛被美国占领后，成为美国的重要海军基地及夏威夷群岛的西北屏障。1942年4月18日，美军杜利特尔航空队空袭东京后，日本认为中途岛有很大的威胁，于是决心实施中途岛—阿留申群岛战役。日军企图夺取中途岛，迫使美军退往夏威夷及美国西海岸；企图诱歼美国太平洋舰队，以保障日本本土的安全。
战役的主要方向是中途岛，阿留申群岛为次要方向。1942年5月5日，日军大本营下令攻占中途岛和阿留申群岛的西部岛屿。日本联合舰队为实施这次战役，动用了包括运输舰、辅助舰在内共200余艘舰艇，其中航空母舰8艘（舰载机400多架）、战列舰11艘、巡洋舰23搜、驱逐舰56艘、潜艇24艘。其主力编队辖中途岛进攻编队和第1机动编队；北方编队辖第2机动编队和阿留申进攻编队；另外，还编有先遣（潜艇）部队和岸基航空部队，由联合舰队总司令山本五十六统一指挥。5月26至29日，各编队先后从本土出发，预定于6月4由对中途岛发起进攻。5月中旬，美军破译了日本海军密码电报，掌握了日本进攻中途岛的企图。美太平洋战区总司令尼米兹海军上将调集航空母舰3艘（舰载机230多架）及其他作战舰艇40多艘，组成第16特混舰队和第17特混舰队，在中途岛东北海域展开，隐蔽待机。同时，19艘潜艇部署在中途岛附近海域，监视日舰行动。6月3日，日本海军的北方编队对阿留申群岛的荷兰港发起突击。4日凌晨，海军中将南云忠一率第1机动编队行进至中途岛西北240海里海域，4时30分派出第1波飞机108架飞往中途岛。美军发出警报，飞机升空迎敌，展开激战。
日军轰炸机袭击中途岛的美军机场，炸毁部分地面设施。由于岛上防御加强，机场跑道未被摧毁。其间，南云忠一的机动编队多次受到美军岸基飞机的侦察、袭扰和攻击。南云忠一遂决定再次攻击中途岛。7时15分，美岸基鱼雷机结束攻击，南云忠一却下令已挂上鱼雷准备攻击美舰的第2波飞机改装炸弹攻击中途岛。7时28分，日侦察机报告发现美国舰队。此时，在中途岛东北海域待机的美特混舰队正向日机动编队接近，并已派出第1、第2批飞机200多架。8时20分，日侦察机报告美舰队似乎有1艘航空母舰。于是南云忠一令攻击中途岛的第1批飞机和担任空中战斗巡逻任务的战斗机返航，随后率舰队北驶，以免遭到袭击，并重新部署对敌舰队的攻击。
9时20分至10时26分，正当日军第2批飞机卸下炸弹重挂鱼雷的混乱之际，美舰载鱼雷机和俯冲轰炸机连续攻击南云忠一的航空母舰。日方虽有部分战斗机临空迎战，但为时已晚。结果，日军损失航空母舰4艘、重巡洋舰1艘、飞机285架，人员3500名；美军损失航空母舰1艘、驱逐舰1艘、飞机约150架，人员307名。鉴于第1机动编队损失惨重，山本五十六在5日下令停止中途岛作战，率联合舰队西撤。美军乘势追击，在6日派舰载机3次出击，又击沉日军重巡洋舰1艘，击伤巡洋舰、驱逐舰数艘。
这次海战的特点是双方海上战斗编队在舰炮射程之外，以舰载航空兵实施突击。日军失败的原因：其一是过高估计己方航空母舰的战斗力，同时在两个战役方向作战，兵力分散；其二是情况判断错误，认为美国航空母舰来不及向战区集结；其三是通信技术落后，缺乏周密的海上侦察，直至关键时刻也未查明美航空母舰的位置；其四是战场指挥不当，决心多变。美军获胜的原因，第一是掌握日军进攻企图，及时集结兵力待机；第二是在鱼雷机大部分损失的情况下，轰炸机仍然连续俯冲轰炸，导致日军鱼雷机连机带雷爆炸，航空母舰被彻底摧毁。
中途岛海战改变了太平洋地区日美航空母舰实力对比。日军仅剩重型航空母舰1艘、轻型航空母舰4艘，并损失了大量训练有素的飞行员。从此，日本在太平洋战场开始丧失战略主动权，战局逐渐有利于盟军，太平洋战争出现了重大转折。
