Несмотря на героическое сопротивление 221-й истребительной эскадрильи, оставшиеся сорок восемь японских бомбардировщика продолжали свой путь и сбросили бомбы на Мидуэй. Различным объектам были причинены серьезные повреждения, хотя японцы избегали сбрасывать бомбы на взлетно-посадочные дорожки, которые хотели сохранить для себя. В то время, как японские бомбы падали на атолл, «Каталина», ранее сообщившая о приближающемся налете, смогла обнаружить и вышедшие из района шторма авианосцы «Кидо бутай». Теперь Холси было известно местонахождение всех отрядов противника.
Ямамото и Нагумо еще не знали, что авианосцы ТОФ США тоже находятся в районе боевых действий, и считали, что им придется иметь дело только с авиацией, базирующейся на острове. Американцы, в свою очередь, приложили все силы для того, чтобы они считали так и дальше.
Сразу по обнаружении японских подвижных сил, четыре армейских самолета В-26 «Мародер», вооруженных торпедами, и шесть морских торпедоносцев TBF «Авенджер» из состава 8-й торпедоносной эскадрильи вылетели, без истребителей прикрытия, с Мидуэя, чтобы сделать попытку прорваться через сильное воздушное охранение вокруг японских авианосцев. Холси, безусловно, мог бы выделить им эскорт из палубных истребителей, но предпочел до поры не выдавать своего присутствия. Как результат, на свои аэродромы вернулось только два армейца и один торпедоносец. Повреждений японскими кораблями получено не было.
Следующая попытка уничтожить вражеские авианосцы была сделана 24-й эскадрильей пикирующих бомбардировщиков морской пехоты, также не имевшей истребителей прикрытия. Снова японская ПВО оказалась совершенно непроницаемой: 12 бомбардировщиков были сбиты, а из 16 вернувшихся на базу только 11 годились для дальнейшего боевого использования. Летчики утверждали, что они добились трех попаданий в большой авианосец типа «Кага», но это, увы, действительности не соответствовало.
Затем в 08:35 произвели атаку 14 армейских тяжелых бомбардировщиков «Летающая Крепость», также положившие все свои бомбы «в молоко». Все эти самолеты благополучно вернулись на базу невзирая на плотный зенитный огонь и отчаянные атаки японских истребителей.
Впрочем, для сохранения тайны нахождения у атолла авианосцев США этот налет был уже бесполезен - за час до того, как первая авиабомба устремилась вниз, японские разведывательные самолеты обнаружили американские авианосцы. И, в любом случае, «Саратога» и «Хорнет» уже выпустили свои авиагруппы для удара по «Кидо бутай». Командир «Йорктауна», кэптен Букмастер, задержал высылку своих самолетов до девяти утра.
Самолеты с «Саратоги» и «Хорнета», выйдя на счисленную позицию противника, не обнаружили ни одного корабля. Они дошли почти до предела своего радиуса действия однако атаковать было попросту некого. В этой ситуации каждая эскадрилья была вынуждена сама решать, где искать японцев. Израсходовав горючее на поиски противника в этом районе, самолеты с авианосца «Хорнет», кроме 8-й торпедоносной эскадрильи коммандера Уолдрена, не обнаружив противника, пошли обратно, причем 14 из них сели на Мидуэй, не добравшись до своего корабля-носителя. Первый блин не то, что вышел комом - он не вышел вообще.
Только 8-ой торпедоносной эскадрильи «Хорнета», удалось найти японские авианосцы - в 25 милях к северо-западу от предполагаемого места нахождения их. Это были, окруженные кораблями охранения, «Акаги», «Кага» и «Сорю», державшиеся вместе, и «Хирю», находившийся на некотором расстоянии к северу от них.
По каким-то причинам, так и оставшимся для последующих поколений загадкой, Уолдрен ничего не сообщил об обнаружении противника другим соединениям авиации, и торпедоносная эскадрилья безнадежно атаковала превосходящего противника, не имея истребителей прикрытия и не координируя свои действия в соответствии с атаками пикирующих бомбардировщиков.
Нагумо заблаговременно озаботился выпустить истребители прикрытия, которые массированно атаковали американскую эскадрилью и с помощью зенитной артиллерии сбили все торпедоносцы. Очень немногие из них успели сбросить торпеды, и ни один из них не добился попадания. Из состава всей атаковавшей японцев эскадрильи уцелел только один человек - младший лейтенант Гой. Когда пилотируемый им самолет упал в воду, он сумел выбраться из своей объятой пламенем машины и, уцепившись за подушку сиденья, сутки продержался на поверхности воды, после чего был подобран японским эсминцем.
Атака 8-ой эскадрильи оказалась красивой, но бесполезной жертвой на алтаре бога войны.
Без четверти десять утра японские авианосцы вновь подверглись атаке торпедоносцев, на сей раз - с «Саратоги». Она также не имела ни истребителей прикрытия, ни пикирующих бомбардировщиков поддержки. В отчаянной попытке прорваться, теряя вспыхивающие одну за другой машины, эскадрилья атаковала японцев, и, хотя части торпедоносцев и удалось пустить свой груз во врага, попаданий добиться им также не удалось. Из всей эскадрильи вернулось только шесть самолетов.