Тем временем удалось установить цель предстоящего японского десанта. Им должен был стать атолл Мидуэй, расположенный в центре Тихого океана. Для противодействия сформировали две ударные эскадры: TF-16 контр-адмирала Реймонда Спрюенса с авианосцами «Enterprise» и «Hornet» в составе, и TF-17 вице-адмирала Фрэнка Флетчера с авианосцем «Yorktown» в составе. Кроме того, усилили гарнизон острова. 26 мая туда прибыли 16 бомбардировщиков Douglas SBD-2 «Dauntless» и 7 истребителей F4F-3 из эскадрилий корпуса морской пехоты. Истребителями усилили находившуюся на острове эскадрилью VMF-221, которой командовал майор Флойд Б. Парке. В эскадрильи имелся 21 истребитель Brewster F2A-3 «Buffalo». Эту эскадрилью предполагалось перебросить на остров Уэйк, однако переброску задержали и остров капитулировал прежде, чем прибыло подкрепление. Поэтому эскадрилью направили для защиты другой передовой американской базы — на Мидуэе.
Утром 4 июня, обнаружив эскадру противника, VMF-221 разделили на две группы. Одна, состоявшая из 8 «Buffalo» и 5 «Wildcat», вылетела на перехват японских самолетов. Этой группой командовал сам Парке. Остальные самолеты эскадрильи остались для защиты острова.
В 6:15 на удалении 50 км от острова американские пилоты засекли первые японские самолеты. Противник шел на высоте 3600 м. Американцы набрали высоту, стараясь зайти сверху. Ситуацию упрощало еще то обстоятельство, что японские бомбардировщики шли выше истребителей. Но японцы быстро заметили противника и продемонстрировали свое преимущество в скороподъемности. Прошло несколько секунд и «Zero» уже плотно сели на хвосты американским истребителям. Летевшие на F4F капитан Джон Кэри, капитан Марион Карл и лейтенант Клейтон Кенфилд сумели прорваться к группе японских бомбардировщиков, насчитывавшей 70–80 машин, следовавших на высоте 3600 м. Тройка американцев атаковали с преимуществом по высоте в 600 м. Обстреляв противника, Кенфилд атаковал ближайший к нем D3A1 и поджег его. Кэри также атаковал один «Val». Однако добить противников им не удалось, так как подоспели японские истребители. В завязавшемся бою самолет Кэри получил повреждения, а сам капитан был ранен в колено. Пилот вышел из боя и потянул к базе. Самолет спас своего пилота, развалившись на куски уже после посадки на аэродроме.
Марион Карл также вступил в бой с японскими истребителями. Поняв, что в одиночку уцелеть ему не удастся, Карл решил отойти. Он набрал высоту 6000 м и повернул к атоллу. Внезапно он увидел, что у него на хвосте висит «Zero». Карл проделал несколько маневров, пытаясь оторваться, но японец сидел крепко. Тогда Карл резко спикировал на оказавшееся под ним облако. Едва самолет заволокло белым туманом, Карл резко убрал обороты двигателя. Когда он вынырнул с нижней стороны облака, японский самолет, как и ожидалось, оказался впереди.
Позиция для атаки была идеальной, но тут выяснилось, что в результате активных маневров перекосило патроны в патронниках. Японец, потеряв цель, ушел, так и не заметив американский истребитель у себя за спиной.
Тем временем японские бомбардировщики уже отработали по целям и возвращались назад. Карл заметил, три «Zero», замыкавшие строй. Он перезарядил пулеметы и начал сближение. Он атаковал последний истребитель и, прежде чем противник сумел понять в чем дело, сбил его. Истребитель с авианосца «Kara» свалился в штопор и рухнул в море. Два других японца не заметили потери и улетели.