4月1日，最后选定去执行这次任务的16个机组，在加利福尼亚州阿拉米达航空站登上母舰“大黄蜂”号。决定由13架飞机轰炸东京，每架投弹4枚。另外3架分别轰炸名古屋、大阪和神户。海军要把他们送到尽可能近的地方，然后从甲板上起飞。
17日，飞行员在母舰的飞行甲板上举行了一次特别的仪式。马克·米切尔上校把日本过去授给美国人的5枚日本勋章交给了杜立德。拿到勋章的飞行员要求把它们系在炸弹上还给日本。把这些勋章在一颗炸弹上系好以后，飞行员用粉笔写了一些讽刺的话，例如：“我不是要火烧世界。我只火烧东京!”“请尝尝轰炸的味道!”
杜立德第一个起飞，4月18日中午12时30分，他到达了目标上空。然后飞机一架接一架飞过市空，把炸弹扔了下去，没有遇到战斗机或高射炮火的有效抵抗。然后飞行员四处飞去。这次空袭所造成的物质破坏虽然不大，但在心理上却震动了这个世世代代以为日本本土决不会遭受攻击的民族。日本报纸宣称，这次空袭“彻底失败”，可是却把杜立德等人描绘成魔鬼，说他们“鬼鬼祟祟地进行非人道的、嗜杀的狂轰滥炸”，残酷地对居民和非战斗人员进行扫射，表现出十足的“魔鬼行径”。
美国飞机对东京的成功空袭，震动了日本朝野，东条一伙尤为恼羞成怒，从而更加强了山本五十六要进攻中途岛的论据，他决心要打垮美国舰队。5月5日，大本营终于同意了山本的计划，命令联合舰队占领中途岛和阿留申群岛。
中途岛位于檀香山西北约1900公里，地处太平洋东西两岸的中途，战略地位十分重要。由环礁围成泻湖，最深处约20米，是天然良港。该岛属波利尼西亚群岛。由沙岛和东岛两个主要岛屿组成，陆地面积47平方公里。人口2000多。属亚热带气候，年平均降雨量1000毫米以上。这里原来是一片荒岛，岛上没有居民。1867年被美国占领。1903年起成为海军基地和夏威夷与菲律宾之间的海底电缆站。在第二次大战期间，中途岛是美国海、空军的重要前进基地。如果没有该岛作为前方观察哨所，美国的珍珠港将无法固守，太平洋也会随之沦入日军之手。
日军把进攻中途岛的决定性日子定为N日。但实际上，作战行动将于N日前3天开始，届时日军将从海上向阿留申群岛发动牵制性攻击，美国人必定会派军舰前去侦查，于是南云的主力舰队就从西北面进攻中途岛。在N日那天，入侵部队将在近藤信竹将军第二舰队的炮火掩护下，从四面八方涌上该岛。山本的战列舰将在后面300海里洋面上，一俟美国舰队接近，即开入战域采取行动。随后，那些强大的战列舰上惊天动地的舷侧炮火，将实现这次作战行动的主要目的。
5月20日，日本海军力量已在柱岛内海锚地集结待命。这支力量拥有11艘战列舰、22艘巡洋舰、8艘航空母舰、2艘水上飞机航空母舰、65艘驱逐舰和21艘潜艇，连同后勤船只在内，总计200多艘。而美国方面所能集结的仅有3艘航空母舰、3艘巡洋舰和14艘驱逐舰，日本人认为胜利唾手可得，他们决心继珍珠港之后，再给美国海军以毁灭性的打击。
按照联合舰队制定的作战计划，日本进攻中途岛的舰队分为4支：山本亲自率领一支主力舰队，准备同美国舰队进行决战。南云忠一率领的第一航空母舰舰队担任主攻，它有“赤诚”、“加贺”、“飞龙”、“苍龙”4艘大型航空母舰，运载261架飞机。另外，每一艘航空母舰上还有36架基地空军的驱逐机，准备在占领中途岛以后布置到岛上。另一支入侵舰队护送12艘运输舰，载着5800名官兵，准备在中途岛登陆。15艘潜艇组成的先遣队，要在中途岛和夏威夷之间的水域布置两道警戒线，以监视美国舰队的活动。此外，还有3支舰队开到北面去攻打阿留申群岛。
5月27日清晨6时，南云的航空母舰突击舰队徐徐开出了濑户内海，朝丰后水道驶去，联合舰队其他舰只上的水兵们向他们欢呼打气。次日，计划进攻阿留申群岛的舰队从九州北端的港口出发。6月3日，袭击中途岛的前一天，从两艘轻型航空母舰上起飞的飞机，将轰炸荷兰港，以便把尼米兹的注意力引向北面。在大南边，满载着5000名进攻中途岛士兵的运输舰，也从里亚纳群岛中的塞班岛出发了。随同这些舰只出发的还有1艘轻型巡洋舰、1艘油船以及一支由4艘重型巡洋舰组成的掩护部队。
5月29日晨，联合舰队的其他舰只也从濑户内海出发了，打头的是近藤信竹中将的中途岛进攻舰队，其后是以山本的旗舰“大和”舰为首的由34艘舰只组成的主力舰队。总共11艘主力战舰、8艘航空母舰、23艘巡洋舰、65艘驱逐舰和将近90艘辅助舰只向东行驶，去进行一场野心勃勃的大海战。仅这一次行动要消耗的油量，就等于和平时期海军一年消耗的油量。
日本联合舰队司令部选定6月7日作为N日。那时的月光将对夜间行动和登陆极为有利。预定在N日前两天，当南云的舰队仍在中途岛西北250海里处的时候，即发起大规模空袭，不仅要摧毁岛上的空军力量和防御工事，而且还将击沉附近的所有美国战舰。N日前一天，一支由藤田将军率领的小型水上飞机供应部队，准备在中途岛西北60海里的库雷小岛上降落，建立基地，一方面接应登陆部队，一方面进行远程侦察，监视诱入圈套的美国军舰的来临。
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