日本自1941年12月7日偷袭珍珠港开始，发动了太平洋战争，此后经3个多月的征战控制了整个西太平洋。
日本在珊瑚海海战之后仅一个月就把中途岛拟定为下一个攻击目标。中途岛，面积只有4.7平方公里，处于亚洲和北美之间的太平洋航线的中途，是美国的重要军事基地和交通枢纽，也是美军在夏威夷的门户。中途岛一旦失守，美太平洋舰队的大本营珍珠港也将唇亡齿寒。
日本海军想将美国太平洋舰队引到中途岛一举歼灭。为此，日本海军几乎倾巢而出，舰队规模超越后来史上最大海战莱特湾海战时的联合舰队，是日本海军在二战中最大的战略进攻。
1942年4月28日，山本在“大和”号巨型战列舰上召开海军高级将领会议，确定了作战计划：先派遣一支舰队往阿留申群岛进行牵制性进攻，在该群岛的阿图岛、基斯卡岛登陆，将美军舰队的注意力引到北面去，然后以主力舰队趁机夺占中途岛。
俗话说：知己知彼，百战不殆。五月上旬美军全力破译日军通讯密码，搜集情报。当时获取了日军作战计划，但对日军攻击的目标‘AF方位’破解不到位置。正当美军高层在伤脑筋的同时，情报站的士兵贾斯柏·赫尔姆斯想到了一个能够确认‘AF方位’是不是中途岛的妙计。他要求中途岛海军基地以无线电向珍珠港求救，说中途岛面临缺水的危机。不久后，美国海军情报局便截夺到一则信息，内容果然提到了‘AF方位’出现缺水问题。结果‘AF方位’便证实为中途岛，也就是日本海军的下一个攻击目标。
切斯特·尼米兹
依据情报，美国太平洋舰队司令海军上将切斯特·尼米兹立即召回三艘约克城级航空母舰为主力，再加上约五十艘支持舰艇，准备埋伏在中途岛东北方向，攻击前往中途岛的日本舰队。
1942年6月4日凌晨，日军发动进攻，中途岛海战全面打响。美国舰队因为已经破解了日本海军通讯密码，而对敌人的计划了如指掌。驻扎在中途岛的美军战斗机也全部升空，迎击来犯的日本战机。美军的轰炸机，包括了B-17型轰炸机也向日本舰队发动还击。
经过三天的激战，美军只损失一艘航空母舰、1艘驱逐舰和147架飞机，307人阵亡。而日本却损失了4艘航空母舰、1艘巡洋舰、330架飞机，还有几百名经验丰富的飞行员和几千名舰员。日本海军从此走向了失败。
这次海战日本惨败，美国历史学家称此战为“情报的胜利”。特别是士兵贾斯柏·赫尔姆斯的妙计破解了日军的确切攻击目标，使得美军科学调配兵力，最终以少胜多。美军首脑事后评价道：“中途岛战斗是日本海军350年以来的第一次决定性的败仗。它结束了日本的长期攻势，恢复了太平洋海军力量的均势”。从此，日本在太平洋战场开始丧失战略主动权，战局出现有利于盟军的转折。