遭到美机的空袭后，南云认为这些美国飞机肯定是从中途岛飞来的。他认为必须早点把中途岛的空军歼灭掉，于是下令再次空袭中途岛。
7时30分，由“利根号”航空母舰起飞的侦察机报告说，距离南云舰队200海里处有10艘美舰。南云命令侦察机查清美舰中是否有航空母舰。
7时45分，南云下令暂停卸下鱼雷，等待侦察机的下一次报告。
7时55分，中途岛美军的轰炸机群飞来了。由于飞行员都是刚从学校毕业的，没有俯冲投弹的经验，很快就被击落了8架，重创了6架，投下的炸弹没有一发击中日舰。
接着，诺里斯带领11架轰炸机到达日舰队上空，在日军战斗机的打击和战舰高射炮的封锁下，被打落5架，只有4架投掷了炸弹，但没有一颗击中。
8时20分，日军侦察机报告，在美军舰队好像有1艘航空母舰。南云听说舰队后面有航空母舰，连忙命令停止挂炸弹，重新挂上鱼雷。
南云下达的一连串的换炸弹挂鱼雷的紧急命令，使航空母舰的甲板上和机库里十分混乱，卸下的炸弹和鱼雷被迫堆在一起，没有放进弹药舱，日军的机械兵并不知道这样做是自寻死路。
