Тот самый адмирал Нимиц

3 июня американский самолёт наземного базирования обнаружил и атаковал японский транспорт в 600 милях к западу от острова Мидуэй. Бомбардировщик B-17 не нанёс ему никакого ущерба, однако ночью четыре «Каталины» были направлены для атаки приближающихся транспортов. В рамках японского плана, Вторая ударная группа под командованием контр-адмирала Какуты Кикудзи, бомбила Датч Харбор самолётами с лёгких авианосцев Ryujo и Junyo. При этом произошёл случай, важность которого стала ясна позже: один Мицубиси A6M («Зик»), палубный истребитель, был подбит огнём зенитной артиллерии и совершил вынужденную посадку на остров Акутан. Самолёт перевернулся при посадке и упал в болото, пилот погиб. Позже американские авиаинженеры изучали этот самолёт, чтобы обнаружить его сильные и слабые стороны.

Сразу после полуночи 4 июня адмирал Нимиц, основываясь на докладах с патрульных самолётов, сообщил Ударным группам 16 и 17 курс и скорость японского флота, отметив также расстояние до него – 574 миль от Мидуэя. Вскоре после рассвета, патрульный самолёт обнаружил два японских авианосца и группу сопровождающих их кораблей, доложив: «Множество самолётов направляются к Мидуэю, азимут 320 градусов, расстояние 150 миль!».

Первый бой 4 июня состоялся, однако, когда четыре ночных гидросамолёта атаковали японские транспорты к северо-западу от атолла Мидуэй, один из которых торпедировал танкер «Акэбоно Мару». Тем же утром, примерно в 6.30, бомбардировщики Вэл и торпедоносцы Кейт, при поддержке многочисленных истребителей «Зик», бомбили Мидуэй. Хотя защищавшие остров истребители морской пехоты США Брюстер F2A («Буффало») и Грумман F4F («Уайлдкэт») понесли катастрофические потери, потеряв 17 самолётов из 26, японцы нанесли лишь незначительный ущерб объёктам и сооружениям. Торпедный катер PT-25 также был поврежден обстрелом в лагуне Мидуэя.

В течение следующих двух часов, японские «Зики» и зенитные орудия японского флота отразили неоднократные атаки американской авиации морской пехоты самолётов Дуглас SBD («Dauntless») и бомбардировщиков Vought SB2U («Vindicator»), торпедоносцев Grumman TBF («Avenger») и Martin B-26 («Мародер»), посланных атаковать японские авианосцы. «Летающие крепости» также бомбили японские авианосцы, без успеха, хотя и без потерь для себя.