В 9 час. 20 мин. 8-я эскадрилья самолетов-торпедоносцев на основе данных поисковых групп атаковала японские ударные силы. Встреченные японскими истребителями и сильным зенитным огнем, самолеты-торпедоносцы не могли добиться успеха. Вся эскадрилья из 15 самолетов была уничтожена. В живых остался только один младший лейтенант Гей, которому удалось выбраться из своего тонувшего самолета и спастись на резиновом плоту. Этот летчик стал свидетелем происходящего сражения.
В 11 час. он увидел атаку эскадрильи самолетов-торпедоносцев с авианосца «Энтерпрайз», а немного позже — атаку самолетов с «Иорктауна». В японский авианосец «Kara» попало четыре бомбы. Объятый пламенем и дымом корабль остановился. (В авианосец «Акаги» попало две бомбы, в авианосец «Сорю» — три.)
Во второй половине дня 18 японских пикирующих бомбардировщиков, прикрываемые таким же количеством истребителей, атаковали «Иорктаун». Радарные установки авианосца своевременно обнаружили самолеты противника, и 12 американских истребителей поднялись в воздух, чтобы перехватить их. В результате воздушного боя более половины бомбардировщиков противника было уничтожено. Зенитная артиллерия авианосца вела заградительный огонь шрапнелью, уничтожая остатки японской эскадрильи. В конечном результате все 18 японских бомбардировщиков были сбиты.
Но в «Иорктаун» все же попали три бомбы. Две взорвались на взлетной палубе, а одна — в дымовой трубе. Аварийные команды не успели еще устранить всех повреждений, как над авианосцем пронеслись японские самолеты-торпедоносцы.
В последующей воздушной схватке все самолеты-торпедоносцы удалось сбить, однако в течение боя две торпеды попали в левый борт авианосца, образовав большую пробоину в средней части корабля. Корабль вот-вот должен был перевернуться. Самолеты авианосца находились в воздухе, они потом совершили посадку на палубы авианосцев «Энтерпрайз» и «Хорнет». По приказанию командира «Иорктауна» во второй половине дня команда покинула корабль.
А в 200 милях западнее авианосца «Иорктаун» находились поврежденные японские авианосцы «Сорю», «Kara» и «Акаги». Там младший лейтенант Гей, все еще цепляясь за свой спасательный плот, выдел кульминационную фазу боя. Он видел три горящих авианосца, видел, как четвертый авианосец, «Хирю», отходил на северо-восток.
Из оперативной группы 7/1 подводных лодок, принимавших участие в боевых действиях 4 июня, наибольшего внимания заслуживают действия лодки «Наутилус». Названная лодка раньше ни разу не была в боевом походе. Это была одна из самых крупных подводных лодок флота. Осенью 1941 года она прошла ремонт, который фактически означал полную модернизацию. Старые двигатели лодки сняли. Было установлено совершенно новое оборудование, вплоть до аппаратуры для кондиционирования воздуха. Надстройке была придана обтекаемая форма. Переоборудованная, с новыми двигателями, она в апреле 1942 года вернулась в Пирл-Харбор в полной готовности выйти в море. Командовал лодкой хороший командир Брокман. Он с нетерпением ждал назначения, находясь в Сан-Франциско. Наконец, получив лодку, он повел ее к Гавайским островам.
4 июня, находясь севернее Мидуэя, подводная лодка «Наутилус» перехватила сообщение по радио о том, что в 150 милях от острова летят самолеты курсом 320°. Этот участок находился недалеко от позиции лодки, поэтому было усилено наблюдение за обстановкой в перископ.
В 7 час. 10 мин. прямо по носу были обнаружены самолеты типа В-17, которые бомбили какую-то цель, но самой цели в перископ не было видно. Лодка полным ходом пошла к месту действия самолетов.
В 7 час. 55 мин. в перископ были замечены на горизонте мачты кораблей. Одновременно в поле зрения появился самолет, который открыл огонь по перископу и сбросил бомбы, упавшие на значительном удалении от борта лодки. Пришлось уйти на глубину 33 м. Через 5 мин. подводная лодка всплыла, и в перископ были видны четыре больших японских корабля; один из них мог быть линейным кораблем типа «Харуна» или тяжелым крейсером типа «Тонэ». Три других корабля являлись крейсерами.