五月八日凌晨，交战双方几乎同时派出侦察机搜寻对方的下落，又几乎同时发现了敌手的行踪。“约克城”号和“列克星敦”号立刻起飞了八十二架飞机（二十一架 TBD，四十六架 SBD 和护航的十五架 F4F）向日本人的两艘航母发起了进攻。其中 VT-5 的九架 TBD 在泰勒少校（Joe Taylor）带领下于上午 9：15 分开始对“翔鹤”号航空母舰进行鱼雷攻击，可惜投下的鱼雷没有对日本人造成任何损失，要么错过了目标（躲开低速的 MK XIII 鱼雷对训练有素的日本舰长来说并不是非常困难的任务），要么击中了目标却没有爆炸。而VT-2的攻击同样没有任何效果，反倒在返舰途中因为耗尽燃料损失了一架“蹂躏者”式（在距母舰二十英里处迫降）。相较之下 VB-5 的 SBD“无畏”式的攻击还算有一点成绩，有两颗炸弹击中了“翔鹤”号，炸死了一百多名日本水兵，并使其飞行甲板上因油燃泄漏而起火；不过在一小时之内日本航母上的损管人员就控制了火势，使舰载机可以继续起飞和降落。
1942 年 5 月 8 日上午，“约克城”号起飞的俯冲轰炸机攻击了“翔鹤”号，可以看见一枚炸弹在舰首爆炸
日本人的舰载机也找到了美国特混编队的所在，“列克星敦”号在日本鱼雷机拿手的砧形攻势下中了两条鱼雷，“约克城”号也被一颗 250 公斤炸弹击中了甲板。日本飞机撤走后，“列克星敦”号仍火势不息，不过却远不象日本飞行员所报告的那样“沉没在即”，而是很快就在舰员的努力下扑灭了大火并逐渐恢复了航速。“约克城”号所受的亦不过是皮肉之伤，几乎是立刻就重返战斗行列。两舰接受了各自的飞机后立刻重新对其挂弹加油，准备发动还击。
12：45 分，“列克星敦”号舰内因为燃油蒸汽氤氲，突然发生大爆炸，并重新引发大火。火势迅速蔓延，伴随着甲板下不断的爆炸，终于无法控制。下午 15 时左右，经管严重受创的航母仍保持着 25 节的航速行驶试图赶上舰队，费驰少将却知道这艘英勇的战舰已经到了它的最后时刻，终于通知谢尔曼（Sherman）舰长下令全体船员离舰。可是直到夜幕降临，“列克星敦”仍在海面上漂浮，费驰少将迫不得已下终于下达了最令人伤感的命令--击沉这个自己朝夕相处的好伙伴。“费尔普斯”（Phelps）号驱逐舰奉命对其发射 5 条鱼雷，“列克星敦”号于 17 时 56 分沉没，而已经降落到该舰的 36 架飞机（包括 VT-2 所有幸存的 TBD）也随之沉入大海。
“列克星敦”号舰长下达弃舰命令后，船员纷纷跳入大海。幸运的是海水温暖，而且立即被附近的巡洋舰和驱逐舰所搭救
“列克星敦”号的损失迫使弗莱彻放弃继续攻击日本航母的计划，率特混编队撤向瑙弥亚（Noumea）东南。幸运的是，高木对其飞行员的报告深信不疑，认为美军的航母编队已经被彻底打垮，并没有对“约克城”号做进一步的追击。
在这场海战中，美方被击沉一艘大型航空母舰“列克星敦”号、一艘油轮、一艘驱逐舰、损失 66 架飞机、死亡 543人，另一艘航母“约克城”号受伤；日本则损失一艘轻型航母、77 架飞机被击落、死亡 1,074人、“翔鹤”号航母也受了伤。从战术上来看，日本人取得了胜利；但从战略角度来看，日军被迫放弃了南下控制珊瑚海和澳大利亚的海上通道的战略计划，是明显的输家。另外，日本海军不可战胜的神话第一次遭到沉重的打击，美国人却终于可以扬眉吐气地走出珍珠港事件的阴影了。
隶属“约克城”号 VT-5 的一架 TBD 正在着舰
史诗般的中途岛大海战是 TBD 作为一线鱼雷攻击机参与的最后一次大战。在这场战役爆发前，美军已经决定一旦拥有足够数量的 TBF“复仇者”式鱼雷轰炸机就尽快全数替代老旧的“蹂躏者”。“大黄蜂”号上的 VT-8 这时已经开始进行机型转换训练，该中队的人员为此被分成了两部分，一半人仍旧用“蹂躏者”式参与日常战斗巡逻，另一半则被送到了佛罗里达州的诺福克海军航空站学习使用崭新的 TBF。
TBF “复仇者”
就在这当口，海军情报处再一次成功地掌握了日本人的行踪，预测到联合舰队将会倾巢而出发动对中途岛的侵攻作战。山本五十六希望能在一场决定性的海空大战中彻底消灭美国人的太平洋舰队，尤其是那几艘被他视为眼中钉的航空母舰。尼米兹将军识破了这一用心，精心为山本派来的舰队设下了陷阱。他集中了手头剩下的三艘航母（“约克城”号，“企业”号和“大黄蜂”号），配置在中途岛北方戏称为“幸运点（Point lucky）”的位置，准备给日本人一个迎头痛击。
“企业”号搭载 VT-6，正驶向“幸运点”
三艘航母上的各个舰载机中队都在为这次大战做着最后的准备，VT-8 的约翰.沃尔德伦（John Waldron）少校认为加强自卫火力能够显著提升自己部队成员的生存率，决定对其中队的 TBD 加以改装，用两挺 7.62 毫米的并联机枪（取自舰上 SBD 轰炸机的备用件）代替原先后座射手的一挺布朗宁机枪。而“企业”号上的 VT-6 及“约克城”号上的 VT-3 却都保留了原来的配置。
VT-8 改装的后座机枪
最初的交火发生在 1942 年的 6 月 4 日，当一架海军的 PBY“卡塔林娜”式巡逻机发现了入侵的日本舰队后，派驻中途岛加强防卫的 VT-8（原先送到诺福克的那一批）立即起飞了六架新装备的 TBF 式随着陆航的 B-17“飞行堡垒”式及海军陆战队的 SB2U“辩护者”式一同向日本人发起攻击。但是，在防守严密的日本舰队前，“复仇者”也没表现出多大的优越性，不仅没有伤到日本人一丝一毫（所投鱼雷无一命中），自己却闹了个灰头土脸，只有一架飞机回到了中途岛上的机场。