与此同时，“大黄蜂”号上的各个飞行中队正跟随着他们非常不受欢迎的空袭机群指挥官斯坦霍普•科顿•瑞海军中校（Cmdr. Stanhope C. Ring）飞行：后者正带领着他们“飞到别的地方”──几乎是径直朝西飞去了。
第8鱼雷机中队（VT-8）的队长约翰•查尔斯•沃尔德隆海军少校（Lt. Cmdr. John C. Waldron）最终率队脱离了瑞海军中校的大部队并掉转机头向左飞去，因为他知道日军机动部队一定是位于西南方向。瑞海军中校率领SBD继续向西飞行，直到燃料快要不足以返回“大黄蜂”号时才返航或调头朝中途岛飞去。尽管如此，这位无能的空袭编队指挥官还是导致10架飞机烧光了汽油，并损失了2名飞行员。
沃尔德隆海军少校最终发现了日军舰队，大约在6月4日上午9点30分，他率领着其麾下的15架“蹂躏者”冲向了日军的机动部队。在白天、无掩护的情况下对一支已经处于警戒状态的舰队发动鱼雷攻击只有一种结果：大约40架零式战斗机正在空中等待着袭击者的到来，并迅速消灭了沃尔德隆的中队。所有的TBD均被击落，只有一名飞行员幸存（译者注：这位幸存的飞行员是乔治•盖伊海军少尉，他的后座机枪手阵亡，他在飞机坠入大海前爬出飞机，然后迅速藏身于黑色橡胶质的座椅下，最终成功地躲过了周围日本军舰的视线），日军方面则没有一艘军舰被击中。
接下来飞抵战场的是来自“企业”号航空母舰的第6鱼雷机中队（VT-6）。这支部队的遭遇和第8鱼雷机中队差不多：在这支由14架“蹂躏者”组成的编队中打头的尤金•林德赛海军少校（Lt. Cmdr. Eugene E. Lindsey）阵亡，最终只有4架“蹂躏者”返航。
“企业”号航空母舰上搭载的VT-6鱼雷机中队的TBD“蹂躏者”鱼雷机，摄于中途岛海战期间
与此同时，麦克拉斯基少校的SBD编队抵达了战场。在飞抵任务简报中提到的联络点后，他只发现了空空如也的海面，而且在数英里外的海面上也是空无一物。麦克拉斯基少校精确地推断出，南云机动部队一定位于更北的位置，于是他开始进行盒式搜索（box search，译者注：查其他资料可知，由于未发现日军舰队，麦克拉斯基在9点35分时改变飞行方向为315度，他计划沿着这个方向飞行大约50英里到10点钟，然后再把飞行方向改为东北方，再进行短距离飞行后就返回母舰）。事实上，当时日军已经调头不再朝着东南方向航行，以免遭受连续不断的空袭。虽然燃料已不太富裕，但麦克拉斯基中队仍在继续消耗燃料以寻猎日军舰队。
第三个，也是最后一支抵达战场的美军鱼雷机中队是“约克城”号航空母舰上搭载的第3鱼雷机中队（VT-3）。该中队的起飞时间比其他空袭编队都要晚一些，兰斯•爱德华•梅西海军少校（Lt. Cmdr. Lance E. Massey）率队抵达战场时，之前日机拦截来袭美机的硝烟才刚刚散尽。第3鱼雷机中队的12架“蹂躏者”也全部损失了，但他们给南云施加了连续的压力。
接着，就是从天空中俯冲而下的“无畏”式俯冲轰炸机了。
中途岛海战期间，从“企业”号上起飞寻找日军航母的“无畏”，隶属于VB-6中队
在一场根本没有经过预先协调的攻击中，“企业”号上的SBD“无畏”式俯冲轰炸机几乎和“约克城”号上的俯冲轰炸机同时出现在了目标上空。麦克拉斯基少校一路尾随着日军一艘在攻击美军“鹦鹉螺”号潜艇后追赶大部队的驱逐舰（译者注：即日军的“岚”号驱逐舰），然后就幸运地抓到了“大奖”。
在接下来的几分钟里，来自“企业”号航空母舰的俯冲轰炸机中队在空中几乎挤到了一起，因为担负侦察任务的SBD和剩下的大部分俯冲轰炸机都朝着“加贺”号飞了过去。麦克拉斯基少校手下的飞行员们顷刻间就把排水量高达3.6万吨的“加贺”号炸瘫痪了（译者注：其他资料亦有3.8万吨、4.2万吨等不同的说法）。
正在全力规避但仍被美军俯冲轰炸机命中并起火燃烧的日军航空母舰“飞龙”号。在中途岛海战中，4艘日军的航空母舰被击沉，另有约3000名日军被击毙
来自“企业”号的第6俯冲轰炸机中队的队长理查德•百思特上尉（Lt. Richard H. Best）身边只剩下了2架俯冲轰炸机，不过他用一记完美地命中了甲板中心的俯冲轰炸摧毁了“赤城”号（译者注：根据有关资料，实际上百思特上尉投下的炸弹是一颗近失弹，而真正命中“赤城”号的炸弹是其中的一架僚机投下的）。随着他们从日军的反击高射炮火中拉起飞出，“企业”号的飞行员们看到日军的第3艘航空母舰被击中并起火燃烧了：“苍龙”号成了来自“约克城”号航空母舰的麦克斯韦•富兰克林•莱斯利海军少校（Lt. Cmdr. Maxwell F. Leslie）率领的SBD俯冲轰炸机的猎物。
短短几分钟之内，战斗态势已经完全逆转了。
在这次任务中，“企业”号损失了其约一半的俯冲轰炸机，而“约克城”号从一开始派出的飞机数量就较少，故损失也轻一些。尽管如此，残存的日军航母“飞龙”号迅速起飞了俯冲轰炸机并攻击了“约克城”号，“约克城”号在遭受轰炸后主机熄火，在海面上飘荡着。约翰•史密斯•萨奇海军少校（Lt. Cmdr. John S. Thach）麾下的“野猫”战斗机为成功阻击日机而付出了沉重的代价，但美、日两军都没有打算就此罢手。