在“约克城”号接受维修的同时，斯普鲁恩斯的第16特混舰队开始出海。
8时50分，拖轮开始撤除“企业”号右舷上的防雷网。9时许，水上飞机供应船“柯蒂斯”号起锚，驶出港口。在各航母检验驾驶装置、测量吃水深度、试验主机、对消磁装置加电时，驱逐舰接连出港。10时40分左右，“北安普顿”号在前，各巡洋舰相继出港。
11时10分，“企业”号 航空母舰发动主机的二号锅炉。此时，所有的拖轮均已离开，“企业”号开始起动。它依照航道各段的要求，不断地调整着自己的航向、航速。全舰进入二级战备状态。11时59分，“企业”号驶出珍珠港，旋即以25节的航速行驶。
11时34分，航空母舰“大黄蜂”号起锚。港口的一名领航员驾驶着军舰，舰长及驾驶员在舰桥上。12时21分。港口领航员将舰交给舰长马克· A 。 米彻尔海军上校。“大黄蜂”号从一号浮标左侧40码处驶出港口旋即以20节航速行驶。
算破“底牌”（11）
米彻尔海军上校为舰长的“大黄蜂”号和默里海军上校为舰长的“企业”号，是斯普鲁恩斯特混舰队的中坚。与它们一起行驶的是托马斯· C 。 金凯德海军少将指挥的第二巡洋舰分队。该分队由“新奥尔良”号、“明尼阿波利斯”号、“文森斯”号、“北安普顿”号、“彭萨科拉”号和“亚特兰大”号巡洋舰组成。
斯普鲁恩斯的驱逐舰警戒部队（第4驱逐舰分队）由亚历山大· R·厄尔利海军上校任司令，由第1驱逐舰中队（“菲尔普斯”号、“沃登”号、“莫纳汉”号、“艾尔文”号）和第6驱逐舰中队（“巴尔奇”号、“科宁厄姆”号、“本纳姆”号、“埃利特”号、“莫里”号）组成。其中，“艾尔文”号和“莫纳汉”号在珍珠港曾遭到日军空袭。当时，前者在一位海军少尉指挥下冒着弹雨驶出了港口；后者撞沉了一艘日军的袖珍潜艇。此外，斯普鲁恩斯还有一支由“西马伦”号和“普拉特”号油船组成的运油船队（“杜威”号和“蒙森”号驱逐舰护航）。
斯普鲁恩斯站在舰上，像一把笔直锋利且富有弹性的宝剑。他希望此次出征能够多击沉一些日舰，以打击开战以来日军嚣张的气焰。但是，他又不得不正视美国此时极端缺乏航空母舰和驱逐舰这个现实，他有责任尽一切可能把他的舰只保存下来。
在斯普鲁恩斯率领第16特混舰队出发的时候，海军船厂的修船队员正在加紧抢修“约克城”号。他们24小时轮番突击。舰上，铆钉枪嗒嗒嗒响个不停，焊枪在全舰撒下点点火花。由于队员们通宵达旦地辛苦劳作，“约克城”号居然活了过来。次日（夏威夷时间5月29日）晨，开始往“约克城”号所在的干坞漕内注水时，数百名修船队员还在舰上忙呼着敲敲打打。“约克城”号小心翼翼、一点一点地从干船坞滑出，进入正常泊位停下。它将在泊位上继续接受修理，并同时进行加油和接载飞机。
此时，修理任务已经完成过半，但还有许多事情要做。照这样的速度，再有一天，“约克城”号即可出港。美国海军历来注重整洁，但现在却不是讲究外表的时候，为了争取时间，对于不影响作战或舰体安全的部分没有修理。为提高修理速度，他们采取了“用等重、等强度、等剖面系数的材料换下舰上被炸毁和损坏的部分”的办法。这在修船史上是一个创造。
经过两天多的抢修，“约克城”号离开船厂时已经面貌大变。它不仅能够开动——虽然速度已大大降低，而且也能够起降飞机了。修船队员们创造了奇迹。
5月30日晨，第17特混舰队司令弗莱彻海军少将率领“约克城”号航空母舰，在2艘重巡洋舰和5艘驱逐舰的护卫下，也离开了珍珠港。
至此，参加中途岛之战的美军第16、17特混舰队，均已踏上与日本舰队决战的征程。两支离弦之箭，向山本五十六率领的舰队射将过去。
现在，让我们再来看看美军在中途岛的防御力量。
当尼米兹判断日军将要进攻中途岛后，立即将这一情报告诉了中途岛的两位美军指挥官西里尔·T 。 赛马德上校和哈罗德·D 。 香农上校，并命令他们尽快做好防御准备。
赛马德上校和香农上校虽均已年过五十，但他们俩是岛上有名的一对最好的网球双打选手。他们表示，在保卫中途岛的战斗中，要像在网球场上那样配合默契。
参加过第一次世界大战的香农坚信带刺的铁丝网是十分有效的防卫设施，因此命令在中途岛大量设置铁丝网。对此，岛上一些官兵感到不解，他们充满疑惑地问：“难道用铁丝网能挡住敌人的飞机？”
中途岛是由东岛和沙岛组成的，在赛马德上校和香农上校的领导下，这两个小岛的防御开始加强起来。岛上大炮林立，到处竖着带刺的铁丝网，海滩和周围水域地雷、水雷密布。11艘鱼雷快艇奉命时刻准备绕环礁巡逻、打捞迫降的飞行员，并以其防空火力支援地面部队。1艘游艇和4艘经过改装的金枪鱼捕捞船待命执行救护任务。19艘潜艇在中途岛西北到北方100~200海里处警戒着进岛的各条通道。
算破“底牌”（12）
5月2日，尼米兹在视察中途岛时曾问过香农 ：“如果我给你需要的一切，在大规模的两栖进攻下，你能守住中途岛吗？”当时，香农回答得很干脆：“能！”
但是，其他军官并不像香农那么乐观和自信。
守卫沙岛的海军陆战队指挥官麦考尔就十分悲观。
他手上虽有雷达，却是老式的SC270型。这种雷达连目标的高度都显示不出来，而且荧光屏上显示出的许多亮点，可能是日机，也可能是低空飞翔的信天翁。为了能及时准确地判断情况，陆战队有人提议，规定美军飞机进入中途岛的进入角度，以便判断荧光屏上显示出的亮点，只要符合这一进入角度就可认为是美国飞机。但是，麦考尔认为不可。因为在日本空袭珍珠港时，日军空袭机群的进入角度与美军预先安排的美国B…17机群的进入角度在荧光屏上仅差几度，为此美国雷达兵当时没能及时判断出日机的入侵。这一教训已经证明，此种识别方式是难以保证万无一失的。
岛上海军陆战队的俯冲轰炸机的正式名称是“复仇者”，又叫“震动器”或“风向标”。这些老古董常常发生故障，1942年初在进行俯冲试验时，由于机械构件与机翼脱离，只好用胶布粘上去。
陆战队的战斗机是F2A…3“水牛”式，它有个可怕的名字——“空中棺材”。“水牛”式虽然机动性能好，易于驾驶，但它有若干缺陷，特别是飞行速度慢。日军的“零”式战斗机的水平飞行速度比“水牛”式最高安全俯冲速度还要大。
更加令人忧愁的是：根本没有中途岛防空作战的协同计划。尽管飞行人员英勇顽强，求战心切，但他们分别来自陆军、海军及海军陆战队，不习惯于协同作战。
基于以上情况，麦考尔当时认为：“中途岛防御力量薄弱，依靠现有力量难以有效对付日军的进攻。惟一的办法，是袭击在甲板上摆满待飞飞机的航空母舰。当然，这需要极其精确地计算时间，需要有极好的运气；或者说，两者兼有才行。否则，虽说中途岛会尽力而为，但也顶不住日军大规模的进攻。”
麦考尔的这一想法，与尼米兹不谋而合。尼米兹也认为：要想阻止敌人的大规模进攻，中途岛的航空兵必须抢占先机，迅速攻击日军航空母舰的飞行甲板，使其舰载机在起飞前就遭到重创。美军的目标不是在日机起飞后对中途岛进攻时将其击退，而是在其起飞前就攻击敌航空母舰的飞行甲板……如果说这一方法正确，中途岛的航空兵……应全力以赴直取敌航空母舰……而将护岛、对付第一批来犯敌机的任务留给岛上的高炮部队。
当然，尼米兹对情况了如指掌，他已经全局在胸。他并不指望中途岛能自己保住自己。因为，他根本没打算消极地等待挨打。
按照尼米兹的要求，5月25日，海军陆战队第3守备营1个高炮连抵达中途岛并迅速在两个小岛上部署了4门37毫米口径高炮。当天涌到岛上的还有由埃文斯·F 。 卡尔森少校指挥的第2突击营的第3连和第4连。第3连很快就消失在沙岛的矮树丛里，第4连被派至东岛。
5月26日是中途岛忙碌的一天。第1航空队司令克拉伦斯·廷克少将及其参谋人员从瓦胡岛乘B…17飞机来到中途岛进行了一天的访问。他带来了乔·K 。 沃纳少校和两名士兵，他们将临时执行“陆空联络小组”的职责。另外，美舰“小鹰”号给中途岛带来了22名军官和35名士兵，还带来了26架作战飞机。新到的飞行员中，有4名刚从航校毕业。
中途岛上航空兵力量已经得到加强，此时，需要一名能干的经验丰富的军官去负责空中作战。派谁去更合适呢？太平洋舰队的参谋长雷德梅尔与尼米兹商量后，决定派海军中校洛根·C 。拉姆齐。
拉姆齐几乎是在海军航空兵部队长大的。他曾在服役多年的“兰利”号、“萨拉托加”号、“约克城”号及不走运的“列克星敦”号等航空母舰上当过飞行员。他精通水上飞机的飞行，后来又学会了驾驶陆上飞机，掌握了这门与操纵水上飞机大不相同的技术。因而，驻在中途岛上的这两种飞机他都懂。再者，他担任过瓦胡岛上包括陆军飞机在内的空中巡逻的协调军官，熟悉这两个军种间的活动。还由于他对人友善，容易结交，能够愉快地和有效地同陆军人员一起工作。更为重要的是，1935年，美国海军学院曾进行过一次以日军企图占领中途岛为假想背景的演习，拉姆齐参加过此次演习的全过程，对这方面的情况有深入的了解。日本偷袭珍珠港时，是拉姆齐第一个发出载入史册的“空袭珍珠港。不是演习！”的报警电报。
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算破“底牌”（13）
选定拉姆齐后，尼米兹和雷德梅尔召见了他。尼米兹对他作了范围广泛的指示，包括每一种可能出现的意外情况，甚至设想如果日军攻占了中途岛，一定会进攻瓦胡岛，那时美军就得集中夏威夷所有的空中力量来对付日军的攻势。因此，尼米兹命令拉姆齐：“万一中途岛有失陷的危险，务必把重武器、PBY（巡逻轰炸机）和B…17轰炸机撤出来。”
作完指示，尼米兹问：“你有什么要求吗？”
“有。”拉姆齐立刻回答说：“如果一切顺利，你会把我从中途岛调回来吗？”
尼米兹当场满口答应。
5月29日，拉姆齐乘坐一架巡逻轰炸机飞到中途岛。这一天，飞到中途岛的还有1架B…17轰炸机、4架临时改为鱼雷机的B…26轰炸机、15名军官和20名士兵。
5月30日，陆军第7航空队威利斯·P 。 黑格少将带领22名军官、50名士兵、7架B…17轰炸机，从瓦胡岛飞抵中途岛。
5月31日，又有31名军官、60名士兵和9架B…17轰炸机加入中途岛防御力量的行列。
尽管尼米兹不打算依靠中途岛自身的防御力量击退日本人的进攻，但他还是通过不断增兵，使中途岛的防御得到了加强。
到中途岛之战打响前，美军在中途岛上共有各种飞机近120架，其中包括B…17轰炸机17架、TB