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两艘航母的起降作业在7时刚过时开始。与日本人相比，美军的起飞过程只能用“糟糕”来形容。到7时42分，“大黄蜂”的才完成了第一波飞机的起飞，刚开始把剩余的9架鱼雷机提上甲板。“企业”号有多达4架轰炸机出现故障，起飞过程更加缓慢，半个小时之后起飞作业尚未完成一半。指挥所中的斯普鲁恩斯越来越急躁，现在的一分一秒都关乎战役的成败，时间实在太重要了。就在7时40分，无线电情报参谋罗尼姆上尉提醒司令官，截获了附近日军侦察机发出的电报—那明显是一份目击报告，舰队很可能已被敌人发现。情急之下，斯普鲁恩斯当机决定放弃协同攻击以获得先机。勃朗宁同样对拖拖拉拉的起飞过程感到焦虑，他完全赞同司令官的意见。7时45分，信号员通过闪光灯向空中的麦克拉斯基少校作出指示，“立即执行指定的攻击任务”。麦克拉斯基于是放弃战斗机护航，带着自己的俯冲轰炸机队绝尘而去。与美国人形成鲜明对比的是，日军第一攻击波的起飞作业仅仅只用了15分钟。非但起飞作业糟糕异常，攻击机群寻找南云舰队的航途同样是命运多舛。斯普鲁恩斯当然不知道，他的空袭机群在升空不久就分成了三个分队。冲在最前面的麦克拉斯基认为，日军航母为了回收攻击机将继续以原有25节的速度向中途岛航行。经过计算，他为自己的33架俯冲轰炸机选择了226度的前进方向，他预计自己将在飞出260公里后发现目标。晚出发15分钟的林赛少校为自己的14架鱼雷机选择了240度方向。“大黄蜂”号的林中校带领34架俯冲轰炸机、10架战斗机和15架鱼雷机戏剧性都朝着265度的方向飞行。显然，米切尔为侦察机仅仅找到了敌军两艘航母感到了不安，所以自作主张地搜索和攻击他认为在先头航母群后的所谓第二个航母群�0�1—这纯粹属于碗里的饭还没吃就瞅着锅里的行为。显而易见，朝不同方向飞行的三队美机不可能全部找到南云。即使找到了敌人，他们也不得不以中队为单位实施作战。这种各自为政的做法要是被日本人知道了，他们一定会忍俊不禁的。
在放飞了两艘航母上的所有打击力量后，斯普鲁恩斯在8时6分将基本航向恢复到240度，航速保持在25节。在过去的半小时里，他已经明显注意到来自一个盯梢者的无线电通讯。8时15分“北安普顿”号重巡洋舰报告说：“发现敌机1架，方位185度，距离30海里，机种为单引擎双浮筒式水上飞机。”那无疑正是“利根”号甘利洋司的四号侦察机。“企业”号的战斗机引导官道少校打破了无线电静默，指挥空中的战斗机立即追杀这一不速之客，最终未果。这时斯普鲁恩斯第一次意识到舰队可能已经被敌人发现。他担心出奇制胜的优势已经丧失，但攻击机群已经上路，现在只好按原计划发起进攻，并期望能有一个好的结果。
此时，第十六特混舰队已经形成了由默里和米切尔指挥的两支临时特混大队。“北安普顿”、“文森斯”、“彭萨科拉”号重巡洋舰带领5艘驱逐舰跟随着“企业”号，“明尼阿波利斯”、“新奥尔良”号重巡洋舰以及“亚特兰大”号轻巡洋舰和4艘驱逐舰则护卫着“大黄蜂”号。尽管资历远比刚晋升的米切尔要深，但大度的巡洋舰队指挥官金凯德少将用旗语告诉米切尔，将完全按照他的指挥采取一切行动。
斯普鲁恩斯一接到命令就投入了所有攻击力量，弗莱彻面临的问题却远非如此简单。他留下“约克城”号作为预备队有三条过硬的理由。首先，他想回收仍在北方作扇面巡逻的侦察轰炸机。其次是侦听到的电报说只发现了敌军2艘航空母舰，而夏威夷情报站则认为参加中途岛大规模军事行动的日军航母至少有4艘，甚至5艘。这就预示着很可能另有一支敌军航母编队尚未被发现。弗莱彻曾在珊瑚海海战中吃过亏，当时他只顾全力以赴攻击“祥凤”号，却使自己完全暴露在“双鹤”的攻击之下—聪明人吃过一次亏就不会再有第二次的。第三，此时他离南云舰队的距离更远，大约在415公里，很显然美军鱼雷机和战斗机都跑不了那么远。
弗莱彻决定，继续接近到打击敌目标的合理距离之内，为继斯普鲁恩斯之后发起连续攻击创造条件。他指示“约克城”号朝西南225度方向以25节速度行驶，并估计自己在8时30分起飞攻击机，届时他与敌人的距离就可以缩短到300公里。如果另一支日军舰队恰好在这段时间内被定位，那么即使斯普鲁恩斯将全部战斗力发射前去攻击日军的第一支航母舰队，他仍有一定火力去对付日军的第二个打击群。如果没有发现其它敌军舰队，那么他就会援助斯普鲁恩斯的初次进攻。6时48分，弗莱彻告诉斯普鲁恩斯和史密斯两位少将：“将跟随第十六特混舰队向西南航行，在进入射程后立即发起攻击。敌两到三艘航母至今尚无下落。”
相比“企业”号和“大黄蜂”号的糟糕表现而言，久经战阵的“约克城”号显得十分老道。在航空长阿诺德中校、飞行大队长彼得森少校的帮助下，弗莱彻采取了更加合理和简捷的作战方案。刚才的目击报告已经过去了两个多小时，必须重新进行计算。在海图上标出敌军两艘航母的具体位置和可能航速之后，阿诺德发现中途岛基本就在其下风方向。他和麦克拉斯基一样猜测，南云将继续迎东南风航行，缩短航程以回收攻击机群。按此推算，当“约克城”号的舰载机找到敌舰队时，他们可能距离中途岛只有170公里。但阿诺德还估计，日军航母在开战之初不会距离中途岛如此之近，它们应该至少呆在220公里之外，也就是北纬30度、西经179度。这个位置距离“约克城”号的预定放飞点约280公里，方位角为230度。阿诺德告诉几个中队长，如果在预定地点未能发现日军舰队，应该右转向西北飞行，沿日军的航线反向搜索。后来阿诺德说，“他们都认为这个方案很有道理，全都不折不扣地执行了。”事实证明阿诺德的判断非常英明，这项命令加上推迟起飞，“约克城”号的攻击部队遇到了转晴的条件和良好的能见度，美国人再次交上了好运。
为保证攻击机群的燃油在延长搜索时间后仍能发起协同攻击，飞行大队长彼得森少校拟定了早已证明是行之有效的途中汇合方案。第一波全甲板出击包括莱斯利少校俯冲轰炸机队的17架“无畏式”，统统携带454公斤丨炸丨弹，随后是梅西少校鱼雷机队的12架“蹂躏者式”。莱斯利的俯冲轰炸机将在空中盘旋15分钟，等慢速的鱼雷机起飞后一起出发。随后侦查轰炸机中队肖特上尉的17架“无畏式”将被拉出机库，它们升空后将跟在莱斯利身后出发。最后升空的是速度最快的由萨奇少校带领的8架野猫，它们的任务是在低空掩护鱼雷机。如果一切顺利，萨奇应该在45分钟后经过肖特和莱斯利的下方追上梅西。整个机群在抵达目标之前有足够的时间完成编队。
在斯普鲁恩斯费尽九牛二虎之力完成起飞作业之后，“约克城”号的攻击机群在甲板和机库中度过了令人心悸的一个半小时。由于期间侦察机并未新的发现，弗莱彻在8时25分勉强决定，不把所有攻击机投入第一波攻击。肖特上尉的17架侦察轰炸机将被留作预备队，萨奇的护航战斗机由8架减为6架。对此萨奇非常生气，他正在实验一种后来被称作“萨奇剪”的战术动作，要求飞机的数量最好是4的倍数。
8时38分，“约克城”号转向东南逆风方向以28节的高速行驶。随后莱斯利、梅西、萨奇的机群分别在38分、50分、55分起飞升空，飞向敌军航母可能出现的海域。机群在海洋上几乎是沿着单一的航向朝着单一的目标前进，这就意味着一旦他们发现敌人就可以发动一次非常协调的攻击。弗莱彻在9时14分致电斯普鲁恩斯，“已起飞四分之三的机群攻击同一批航母。”
完成飞行作业之后，弗莱彻取225度的预定航线以25节的速度航行。除空中巡逻的战斗机之外，剩余12架野猫和17架侦察轰炸机也全都摆上了甲板，做好随时起飞的准备。一旦侦察机发回发现其余两艘日军航母的消息，这些飞机将立即起飞实施打击。
截止9时20分，弗莱彻感到目前的行动算得上进展顺利。日本人没有阻止美军航母打出第一拳。美军的攻击机群由151架飞机组成，旨在将日本人的航母减少为容易对付的两到三艘。弗莱彻未曾料到，南云机动部队的四艘航母竟然全部聚在一起。美国人强劲有力的第一波攻击将一举奠定胜局。
欲知美军攻击结果如何，节后请看下一小节“前仆后继”。