巨舰决战梦魇绕，山本举兵中途岛；
魔术情报再显威，奇迹改变战争貌。
珊瑚海之战受挫并未影响山本在中途岛与美军进行最后决战的决心，虽然第5航空战队不能参战，但同样受到重创的美国“约克城”号又怎么能够参战呢。5月5日，大本营海军部向联合舰队发布了第18号《大海令》：
奉敕
命联合舰队司令长官山本
一、联合舰队司令长官，要和陆军协同作战，攻占“中途岛”和“阿留申群岛”西部各重要地区。
二、有关细目，待军令部总长另行下达指示。
军令部总长永野修身
同一天，山本五十六根据这一命令发布了联合舰队命令。
山本的作战计划是：联合舰队的全部兵力纳入他的指挥下，执行在北方及中太平洋广大海域的大规模作战计划。他把日本联合舰队大致分成北、中、南3个集团。首先由第5舰队司令长官细萱戌子郎海军中将率领的北方部队，在攻击中途岛的前一日，攻占阿留申群岛中的阿图岛和基斯卡岛，以阻止美军由北方南下攻击，起到牵制敌人的目的。北方部队又称阿留申攻击部队，其具体任务与编成是：大森海军少将率领的阿图岛登陆部队，兵力有巡洋舰1艘、驱逐舰4艘、扫雷艇1艘、运输舰2艘（载陆军登陆部队1200人），任务是在6月6日进攻阿留申群岛西部的阿达克岛，破坏岛上的军事设施。6月12日在阿图岛登陆并予以占领；大野海军大佐率领的基斯卡岛登陆部队，由2艘巡洋舰、豆艘辅助巡洋舰、3艘驱逐舰、3艘扫雷艇、2艘运输舰（载海军陆战队1200人）组成，任务是在6月6日占领基斯卡岛；角田海军少将率领的弟2机动部队，拥有航空母舰2艘（战斗机40架，鱼雷机21架，俯冲轰炸机21架）、重巡洋舰2艘和驱逐舰3艘，仟务是6月4日轰炸荷兰港，进行牵制攻击；此外还有细萱中将直属的1艘重巡洋舰、2艘驱逐舰、2艘油船和3艘货船。在战略上，北方部队是一支佯攻兵力，山本的设想是希望由他们在主作战发起之前的佯攻，能把美国航空母舰引诱到错误的方向。
坐镇中央的是攻击中途岛的主力部队。南云忠一中将指挥的第1机动部队，肩负着对中途岛进行登陆前的空袭并将给予美舰队以致命打击的重任。其兵力有“赤城”号、“加贺”号、“飞龙”号和“苍龙”号4艘大型航空母舰，其中“赤城”号和“加贺”号共载有42架战斗机、42架俯冲轰炸机、51架鱼雷轰炸机。“苍龙”号和“飞龙”号也有同样数目的战斗机和俯冲轰炸机，还有42架鱼雷轰炸机。原计划参加中途岛作战的“翔鹤”号和“瑞鹤”号由于在珊瑚海海战中负伤，未能赶上参加此战。南云的飞行员经验丰富，胆大艺高，基本上是偷袭珍珠港的原班人马。此外还有阿部弘毅海军少将指挥的支援部队和木村进海军少将指挥的警戒部队，拥有战列舰“榛名”号和“雾岛”号、重巡洋舰“利根”号和“筑摩”号、轻巡洋舰“长良”号，以及11艘驱逐舰。
在南云部队的后方，是山本亲自坐镇的舰队主力，称主力部队，它包括由山本亲率的主力部队和高须四郎海军中将指挥的阿留申警戒部队。山本的主力部队拥有“大和”、“长门”、“陆奥”3艘大型战列舰、l艘轻型航空母舰“凤翔”号、2艘水上母舰“千代田”号和“日进”号以及1艘轻巡洋舰、9艘驱逐舰、2艘油轮。这支兵力预计布置在中途岛西北600海里处，准备随时与出动的美国太平洋舰队主力进行决战。
由“日向”号、“伊势”号、“扶桑”号、“山城”号4艘战列舰、2艘巡洋舰和12艘驱逐舰组成的高须四郎中将指挥的警戒部队，位于山本以北500海里处，为进攻阿留申群岛的细萱中将的部队担任警戒与支援任务。
南方部队是“中途岛攻击部队”，总指挥为第2舰队司令长官近藤信竹中将，分别由占领部队、支援部队和攻击部队组成。其具体作战计划是：第2联合特别陆战队司令官太田实大佐率领海军特别陆战队2个大队（2800人），陆军部队指挥官一木支队长率领陆军1个联队（3000人）及其他支援部队，分乘12艘运输舰，在第11航空战队和拥有1艘轻巡洋舰、11艘驱逐舰的第2水雷战队的护航下，从塞班岛出发，于N日即6月7日，在中途岛登陆，占领桑德岛与伊斯特岛。指挥官为第2水雷战队司令长官田中赖三少将。
从关岛开来的栗田健男海军中将的重巡洋舰“熊野”号、“三隈”号、“铃谷”号、“最上”号以及2艘驱逐舰，将于N日为登陆部队提供近距离支援。近藤的主力包括第4战队的重巡洋舰“爱宕”号、“鸟海”号，第5战队的“妙高”号、“羽黑”号重巡洋舰，第3战队的“金刚”号、“比睿”号高速战列舰，第4水雷战队的“由良”号轻巡洋舰和8艘驱逐舰，以及载有12架战斗机和12架鱼雷轰炸机的小型航空母舰“瑞风”号，它们留在中途岛西市稍微偏南处，掩护登陆部队的侧翼。
除此而外，还有潜艇部队在北美沿岸、阿留申