起因：中途岛位于太平洋中部，是一个环状的珊瑚岛，是北美和亚洲之间的海上和空中交通要道，由周长24公里的环礁组成，陆地面积约5.2平方公里。中途岛距东京2500英里，距美国夏威夷群岛不到1000英里，1867年被美国占领后，成为美国的重要海军基地及夏威夷群岛的西北屏障。
1942年4月18日，美军杜利特尔航空队空袭东京后，日本认为威胁来自中途岛，遂决心实施中途岛—阿留申群岛战役。日军企图夺取中途岛，迫使美军退守夏威夷及美国西海岸；把美国在珍珠港后残存的太平洋舰队引诱到中途岛，然后一举加以歼灭，以保障日本本土的安全。战役的主突方向是中途岛，阿留申群岛为次要方向。
5月5日，日军大本营批准了日本联合舰队总司令山本五十六海军大将进攻中途岛和阿留申群岛西部岛屿的计划。日本联合舰队为实施这次战役，动用舰艇（包括运输舰、辅助舰在内）共200余艘，其中航空母舰8艘（舰载机400多架）、战列舰11艘、巡洋舰23艘、驱逐舰56艘、潜艇24艘。
但是，山本在偷袭珍珠港成功之后有些得意忘形，在这次进攻中途岛战役部署中忘记了海军应集中力量的原则，把舰队分成了六支小舰队，削弱了自己的优势。其主力编队辖中途岛进攻编队和第1机动编队；北方编队辖第2机动编队和阿留申群岛进攻编队；另外还编有潜艇部队和岸基航空部队，由总司令山本五十六海军上将统一指挥。26日—29日，各编队先后由本土启航，预定于6月4日对中途岛发起进攻。
这次海战对日军更不利的因素，是美军破译日本海军密码电报，掌握了日本进攻中途岛的企图。早在5月中旬，美国太平洋舰队总部作战情报处在截获日本的电报中，发现了“AF”一词，引起了情报人员的注意。到了5月20日，他们又截收到一份电报，内容是日本联合舰队给各部队下达的作战计划，里面多次提到“AF”。作战情报处认为“AF”指的是一个地方，经过分析，认为可能是指中途岛。
作战情报处的罗彻福特海军中校苦思苦想，最后想出了一个能证明“AF”指的就是中途岛的计策。他通过潜艇电报系统向中途岛发出指示，要守岛的指挥官用普通英文发出紧急无线电报，谎称中途岛上的供水蒸馏塔坏了。这个计策果然很灵，不出24小时，作战情报处就截获日本从威台岛的电台发出的密电，上面说“AF”显然缺水，日方还在密电中发出命令，要部队多带水。
美太平洋战区总司令尼米兹海军上将立即制订了对付山本五十六的作战计划，要求以消耗战来削弱优势之敌的兵力，用潜艇和轰炸机袭击各个孤立之敌。尼米兹下令，利用情报优势来弥补数量上的劣势，以便集中力量挫败日本突击进攻部队。罗彻福特经过三天三夜的紧张破译，终于在5月24日知道了日本偷袭中途岛的时间和具体方位。
根据这些情报，尼米兹海军上将制定了具体的作战部署：调集航空母舰3艘（舰载机230多架）及其他作战舰艇约40多艘，组成第16特混舰队（由斯普鲁恩斯少将指挥）和第17特混舰队（由弗莱彻少将指挥），在中途岛东北海域展开，隐蔽待机；同时，19艘潜艇部署在中途岛附近海域，密切监视日舰的行动。
1942年6月1日，日本联合舰队全部出发了。从塞班岛起航的士兵深信他们一定会占领中途岛，他们嘱咐留在塞班岛上的人，如果收到他们的家信，就请转寄“日出之岛”（这是日本给即将占领的中途岛起的新名字）。山本五十六在出发前曾经写信给他的情妇，说“现在已经到了关键时刻”，至于他一手策划的这场决战，他却含糊其词地说“我对它并不抱多大的期望”。这副情形，同他在部下面前那种信心十足的劲头形成鲜明对照。
山本的决战计划一开始就乱了套，前往珍珠港拦截美国舰队的13艘潜艇晚到了一天，而两支美国特快舰队根据日方密电中进攻的时间表，早已从珍珠港出动，正悄悄驶往中途岛海域，进入有利的位置。6月3日，日本各舰队进入进攻位置，山本所得的情报是这个海域里没有美国航空母舰，它们都远在南太平洋的所罗门群岛。其实，这是美国人为日本人设的圈套。
6月3日，日本海军中将细萱戍子郎率北方编队（航空母舰2艘、舰载机82架、其他作战舰艇29艘）对阿留申群岛的荷兰港发起突击，揭开了中途岛海战的序幕。
经过：1942年6月4日清晨，负责主攻的海军中将南云忠一率第1机动编队（航空母舰4艘、舰载机260多架、其他作战舰艇17艘）进至中途岛西北240海里海域。4时30分，南云忠一命令“赤诚”、“加贺”、“飞龙”、“苍龙”4艘航空母舰上的108架飞机立即出动，前去袭击中途岛。岛上美军发出警报，119架美国飞机由于事先得到了情报，都升空迎战或逃避轰炸。日军轰炸机袭击机场，炸毁部分地面设施。由于岛上防御加强，机场跑道未被摧毁。其间，日军机动编队多次受到美岸基飞机的侦察、袭扰和攻击，于是南云决定再次攻击中途岛。
在第一批飞机离开母舰后，南云忠一命令第二批飞机升到甲板，装上鱼雷，准备去袭击美军军舰。这时候，第一批轰炸中途岛的日机指挥官返航，要求对中途岛进行第二次轰炸。于是，南云忠一又命令士兵卸下鱼雷，换上炸弹。就在此时，日本侦察机报告发现10艘美舰正位于东北200英里处。这个消息使南云忠一大吃一惊，因为他知道这么大的舰队至少拥有一艘航空母舰，于是又下令甲板上的飞机改去袭击美舰。这样又要卸下炸弹，装上鱼雷。
8时20分，日侦察机报告美舰队似有1艘航空母舰。于是，南云命令攻击中途岛的第1批飞机和担任空中战斗巡逻任务的战斗机返航，随后率舰队北驶，以免遭到袭击，并重新部署对敌舰队的攻击。此时，在中途岛东北海域待机的美特混舰队正向日机动编队接近，并已派出第一、第二批飞机200多架。
战机贻误了，时间一分一秒地过去。从美国航空母舰上起飞的轰炸机直扑“赤诚”、“加贺”和“苍龙”，炸弹呼啸而下。这3艘大型航空母舰中弹后，立即引起舰上飞机起火和堆在甲板上的炸弹连续爆炸，霎时间弹片穿过甲板，又在舰体深处引起爆炸，机舱破坏，舰舵失灵。甲板上许多飞机不是烧毁，就是落海。不久，这三只庞然大物就变成一堆废铁，沉入到太平洋中。南云忠一正在旗舰“赤诚号”上指挥，眼前这一切使他呆若木鸡，在部下的催促下，他离开正在燃烧的旗舰转移到一艘巡洋舰上，向山本五十六报告。
这时候，山本正在世界上最大的战列舰——“大和号”上休息。听到这个消息，他马上命令所有的舰队向他集中，企图诱使美国舰队继续西进，想用他的舰队猛烈的炮火摧毁美国舰队。但是美舰指挥官识破了山本的计划，没有上当。6月4日中午，幸存的“飞龙号”航空母舰派出飞机，把美国航空母舰“约克顿号”炸成重伤，而美国舰队飞机很快又报了仇，把“飞龙号”炸沉。
在短短的时间里，日军4艘航空母舰“赤城”号、“加贺”号、“苍龙”号和“飞龙”号全部被炸毁，损失重巡洋舰1艘、飞机285架、人员3500名。美军仅损失航空母舰“约克敦”号、驱逐舰1艘、飞机约150架、人员307名。
鉴于第1机动编队损失惨重，6月5日凌晨，山本发出命令：“取消占领中途岛的行动！”然后匆忙率联合舰队西撤。美军乘势追击，于6日派舰载机三次出击，又击沉日军重巡洋舰1艘，击伤巡洋舰、驱逐舰数艘。
结果与影响：在中途岛海战中，日本惨遭失败，丧失了4艘航空母舰、1艘重巡洋舰、234架飞机、几百名海军飞行员和2200名水兵。这次海战改变了太平洋地区日美航空母舰实力对比，日军仅剩重型航空母舰1艘、轻型航空母舰4艘。东京参谋本部为了掩盖他们惨重的失败，6月10日在电台播放响亮的海军进行曲之后，宣称这次战斗后日本已“成为太平洋上的最强国”。当联合舰队返回驻地时，东京还举行了灯笼游行，庆祝这次“胜利”。
中途岛海战的特点是双方海上战斗编队在舰炮射程之外，以舰载航空兵实施突击。日军失败的原因是多方面的，主要原因是：第一，过高估计己方航空母舰的战斗力，同时在两个战役方向作战，兵力分散；第二，通信技术落后，缺乏周密的海上侦察，直至关键时刻也未查明美航空母舰的位置；第三，战场指挥不当，决心多变；第四，情况判断错误，认为美国航空母舰来不及向战区集结。
美军获胜的原因也有很多，归结起来主要有以下两点：第一，及时掌握了日军进攻的企图，集结兵力等待时机；第二，在鱼雷机大部损失的情况下，轰炸机连续俯冲轰炸，导致日军鱼雷机连机带雷爆炸，航空母舰被彻底摧毁。
中途岛海战是太平洋战争中的一个转折点，美国海军总司令金海军上将说：“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，战局出现了有利于盟军的转折。
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中途岛作战计划
中途岛作战计划是在联合舰队司令山本五十六亲自主持下由联合舰队司令部制定的，联合舰队参谋长宇垣缠海军少将总负责，联合舰队首席参谋黑岛龟人海军大佐筹划计划纲要和轮廓，其他参谋则按专业分工制订该计划的各个细节。作战目的一是占领中途岛，夺取航空兵前进基地，二是引诱并歼灭美国太平洋舰队。
日军计划投入航空母舰8艘，水上飞机母舰5艘，战列舰11艘，重巡洋舰13艘，轻巡洋舰9艘，驱逐舰68艘，潜艇24艘，扫雷舰5艘，运输舰16艘，后勤补给舰21艘，飞机700架，陆军8600人，海军2.3万人，来执行这一计划。战役最高指挥官为联合舰队司令山本五十六海军大将。
作战序列为：
一、主力编队，由山本五十六亲自指挥，下辖航空母舰1艘，水上飞机母舰2艘，舰载机19架，水上飞机50架，战列舰7艘，轻巡洋舰3艘，驱逐舰21艘，补给舰4艘担负策应中途岛和阿留申群岛的任务；
二、机动编队，由南云忠一海军中将指挥，下辖航空母舰4艘，舰载机266架，此外还搭载计划用于中途岛的岸基航空兵飞机46架，战列舰2艘，重巡洋舰2艘，轻巡洋舰1艘，驱逐舰12艘，补给舰5艘负责对进攻中途岛的空中支援，并寻机消灭美国太平洋舰队；
三、登陆编队，由近藤信竹海军中将指挥，下辖航空母舰1艘，水上飞机母舰2艘，舰载机23架，水上飞机40架，战列舰2艘，重巡洋舰8艘，轻巡洋舰2艘，驱逐舰21艘，运输舰14艘，补给舰8艘，运载地面部队5800人（由太田实海军大佐指挥的第二联合特别陆战队和由一木清直陆军大佐指挥的一木支队组成），负责在中途岛登陆；
四、北方编队，由细萱戌子郎海军中将指挥，下辖航空母舰2艘，搭载舰载机82架，水上飞机母舰1艘，水上飞机10架，重巡洋舰3艘，轻巡洋舰3艘，驱逐舰12艘，潜艇6艘，扫雷舰5艘，运输舰3艘，补给舰3艘，运载地面部队1800人，其中穗积松年陆军少佐指挥一个步兵大队（相当于营）和一个工兵中队（相当于连）组成陆军北海支队，共约1200人负责在阿图岛登陆，向井一二三海军少佐指挥的舞鹤镇守府第三特别陆战队约600人负责在基斯卡岛登陆，作为佯攻；
五、先遣侦察编队，由小松辉久海军中将指挥，下辖轻巡洋舰1艘，潜艇供应舰1艘，潜艇17艘负责在中途岛与夏威夷之间建立三道潜艇警戒线，侦察美军的动向。
此外还有冢原二四三中将指挥的以南洋诸岛为基地的214架岸基飞机，其中战斗机108架、鱼雷机72架、轰炸机10架、水上飞机24架，担负空中侦察和掩护。
