Задержка позволила штабу на Мидуэе расшифровать сообщение самолета-разведчика. Эта информация была получена Спрюэнсом в 6.34. Через 4 минуты штаб адмирала передал боевой приказ находившимся в готовности летчикам «Энтерпрайза» и «Хорнета». В нем были указаны координаты, скорость и курс вражеских авианосцев на 6.00. Старт был назначен на 7.00. Каждая авиагруппа должна была атаковать один авианосец. В приказе говорилось, что авианосцы будут продолжать идти на сближение с противником, пока дистанция не сократится до 100 миль. В соответствии с тогдашней доктриной использования авианосной авиации штаб не пытался объединять авиагруппы или указывать желательный курс на цель. Это оставлялось на усмотрение командиров авианосцев и командиров авиагрупп. В результате оказалось, что летчики «Энтерпрайза» и «Хорнета» совершенно по-разному думали, где следует искать японцев.

В 6.56 Оперативное Соединение 16 разделилось на 2 группы и повернуло на юго-восток против ветра. В 7.00 авианосцы начали поднимать самолеты в воздух. Для выполнения своей задачи Спрюэнс отправил в атаку все имеющиеся ударные самолеты: 67 пикировщиков SBD и 29 торпедоносцев. Их прикрывали 20 из 54 имевшихся истребителей. Все эти самолеты просто не могли одновременно разместиться на полетных палубах. Поэтому сначала требовалось поднять в воздух первую группу, а потом поднять из ангаров на палубу остальные. В результате для того, чтобы все эскадрильи могли одновременно прибыть к цели и провести совместную скоординированную атаку, самолетам первой группы приходилось кружить над авианосцем, дожидаясь старта второй группы.

Старт авиагрупп затянулся гораздо дольше, чем рассчитывал Спрюэнс. Эта задержка беспокоила его все сильнее. В 7.42 взлетел последний самолет «Хорнета». По каким-то необъяснимым причинам старт самолетов «Энтерпрайза» задержался. В воздухе находились лишь 33 пикировщика, а вторая группа самолетов из 10 истребителей и 14 торпедоносцев еще только начала выстраиваться в кормовой части полетной палубы. Прошло уже 90 минут с того момента, как Спрюэнс приказал Браунингу начать атаку. Адмирал опасался, что возможность упущена. «Энтерпрайз» перехватил сообщение японского самолета-разведчика о замеченных к северо-западу от Мидуэя американских кораблях. Спрюэнс немедленно приказал пикировщикам «Энтерпрайза» «выполнять поставленную задачу», не дожидаясь остальных самолетов. Для того чтобы хоть какие-то самолеты «Большого Э» немедленно направились на поиски врага, Спрюэнс решил пожертвовать цельностью авиагруппы.

Самолеты «Энтерпрайза» полностью взлетели к 8.06, после чего Оперативное Соединение 16 снова легло на генеральный курс 240º, сближаясь с противником. К этому времени ударная авиагруппа Спрюэнса раскололась на 3 части, которые не видели друг друга. А перед атакой вражеских авианосцев они разделились еще раз. В 7.46 с «Хорнета» взлетели и взяли курс на запад 34 пикировщика и 10 истребителей под командованием капитана 2 ранга Стэнхоупа К. Ринга, командира авиагруппы корабля. На мостике «Хорнета» решили, что японские авианосцы уже повернули прочь от Мидуэя или скоро это сделают. Следом за самолетами Ринга тащились 15 торпедоносцев 8-й торпедоносной эскадрильи «Хорнета» и 10 истребителей «Энтерпрайза», которые пристроились к ним по ошибке. Выполняя приказ адмирала, капитан 2 ранга Кларенс Уэйд МакКласки, командир авиагруппы «Энтерпрайза», собрал свои 36 SBD и в 7.52 полетел на поиск врага. Он решил, что японцы продолжают двигаться к Мидуэю, и направился на юго-восток курсом 231º, чтобы перехватить их. 6-я торпедоносная эскадрилья «Энтерпрайза» летела прямо по курсу ОС 16 — 240 º — и оказалась между упомянутыми выше группами самолетов.

Спрюэнс вскоре получил подтверждение, что японцы действительно обнаружили Оперативное Соединение 16. В 8.15 радар «Нортгемптона» обнаружил вражеский самолет-разведчик, который кружил в 30 милях к югу. Теперь Спрюэнсу оставалось надеяться, что его самолеты нанесут удар до того, как японцы успеют контратаковать американские авианосцы.

В 8.57 Спрюэнс узнал, что для японского ударного соединения наступили тяжелые времена. Базовые самолеты с Мидуэя сообщили, что повредили 1 авианосец. Еще более обнадеживающее известие пришло в 9.14, когда в бой вступило еще одно американское соединение. Адмирал Флетчер, командир Оперативного Соединения 17, находившегося неподалеку, радировал, что отправил в атаку ¾ своей авиагруппы. Он ждал так долго потому, что не было никаких сообщений еще о 2 японских авианосцах, которые не входили в состав обнаруженного ранее соединения. Так и не дождавшись новой информации, Флетчер отправил 17 пикировщиков, 12 торпедоносцев и 6 истребителей для атаки тех же целей, к которым направлялись самолеты Спрюэнса. Однако для повторной атаки и поисков он оставил в резерве 17 пикировщиков.

Лишь много позднее Спрюэнс узнал подробности отважной, но совершенно неудачной атаки базовых самолетов. Японская ударная авиагруппа почти полностью уничтожила прикрывавшие остров истребители морской пехоты. С 7.05 до 8.20 базовая авиация совершила серию разрозненных атак против японских авианосцев. В них участвовали 6 торпедоносцев ВМФ, 4 армейских бомбардировщика, несущих торпеды, 27 пикировщиков морской пехоты, 16 армейских тяжелых бомбардировщиков. Американцы понесли тяжелые потери — 18 самолетов, но не добились ни единого попадания. Мидуэй выпустил свою пулю, теперь все зависело от успеха авианосных самолетов.

На флагманском мостике «Энтерпрайза» люди столпились вокруг радиоприемника, с тревогой ожидая новых сообщений. Напряжение достигло максимума к 9.30 — именно в этот момент ударные авиагруппы должны были заметить вражеские авианосцы. После этого особенное значение приобретало топливо, так как самолетам могло не хватить бензина на обратный путь. Эфир молчал. Самолеты наверняка встретили противника, но радиосвязь была исключительно скверной в течение всего дня и мешала обоим противникам. Решив, что японские авианосцы повернули прочь от Мидуэя, в 9.54 Спрюэнс повернул на 20º вправо и лег на курс 260º.

Наконец, в 9.56 Спрюэнс получил первое сообщение от своей авиагруппы. «Энтерпрайз» перехватил 2 радиограммы командира 6-й истребительной эскадрильи лейтенанта Джеймса С. Грея, который вел 10 истребителей прикрытия. Грей сообщил, что видит под собой 2 вражеских авианосца, 2 линкора и 6 эсминцев. Потом он повторил состав вражеского соединения, добавив, что оно движется примерно на север, и передал, что вынужден возвращаться из-за нехватки топлива. На «Энтерпрайзе» Браунинг ошибочно решил, что эту радиограмму отправил Уэйд МакКласки. Взбешенный, он схватил микрофон и заорал: «МакКласки, атакуй! Немедленно атакуй!»

Чтобы парировать поворот противника на север, Спрюэнс повернул на северо-запад. В 10.14 он передал Флетчеру сообщение Грея, указав курс японцев, и сообщил, что Оперативное Соединение 16 следует курсом 285º. А через несколько минут радиоприемник буквально захлебнулся от сообщений пилотов, сообщающих об атаке японских кораблей. Трудно было определить, где именно это происходит и что там творится, но их рапорты звучали обнадеживающе, особенно потому, что японцы до сих пор еще не атаковали корабли Оперативного Соединения 16.

Тем временем «Энтерпрайз» и «Хорнет» занимались рутинной работой, принимая и снова поднимая в воздух патрульные истребители. Вскоре прибыли истребители Грея и примерно в 11.00 совершили посадку. Пока Грей рассказывал о том, что видел, Флетчер запросил у Спрюэнса координаты, курс и скорость вражеских авианосцев, которые могли достоверно сообщить пилоты вернувшихся самолетов. На «Йорктауне» еще находились эскадрилья пикировщиков и несколько истребителей, готовых к вылету. В 11.1 °Cпрюэнс передал сведения, полученные от Грея. Он предложил Флетчеру использовать самолеты «Йорктауна» для поиска вражеских авианосцев, уже поврежденных во время атаки самолетами обоих оперативных соединений. Для этого нужно было направить их в северо-западный сектор, где могли находиться японские авианосцы. Это был очень полезный совет. Одновременно Спрюэнс добавил, что будет готовить свои авиагруппы к новому вылету, как только они вернутся.