方寸已乱
虽然俯冲轰炸机已经撤离，但美军鱼雷机仍在试图填补自己战绩的空白。10 点 35 分，VT-3 的残部开始向“飞龙”号发动攻击，这 5 架鱼雷机冲近到距离仅有 600--800 码处投放了鱼雷，但都被“飞龙”号规避，随后在零战的追杀下，只有 2 架得以生还。
10 点 40 分，战场上再次平静下来，但“飞龙”号上的山口多闻知道，他的这艘军舰是复仇的唯一希望了，只是这个希望却有点薄弱。现在只有 10 架零战、18 架舰爆和 9 架舰攻，只够勉强发起一次联合攻击。但战斗机却有富余，空中还有 27 架零战，如果“飞龙”号暂时西撤（这样也可以攻击美军航母，因为日本舰载机航程更远），等到与山本大将率领的主力会合后，就可以掩护水面战舰发动攻势，避免它们轻易地被其空中力量摧毁。然而所有日军指挥官都没有这种理智的想法，复仇，充斥了他们的每一个脑细胞。
10 点 45 分，从南云那里临时接过指挥权的第八战队司令官阿部弘毅少将接到了“筑摩”5 号侦察机发来的美军舰队新位置情报，相距只有 90 英里。5 分钟后他就向山口少将下令：“攻击敌方航母”，当然山口根本不需要指示也会这样做。11 点 30 分，南云重新接过指挥权后也认可了这一点，并认为“飞龙”号的攻击可以为接近美军舰队进行水面交战创造机会，因此他不顾一切地向东行驶，完全罔顾保全“飞龙”号对整个战局的意义。如果是鲁莽的山口这样做并不奇怪，但南云如此丧失理智，只能说是日本军人的秉性所致。
坐镇“大和”号战列舰的山本大将一直在远离战场 300 英里之外注视着战局的进展，当南云报告发现美军航母时，山本和他的参谋们依然保持着乐观的情绪，谁也没有感到丝毫不放心。可是命运之神往往出人意料，10 点 50 分，南云报告了 3 艘航母起火的噩耗，山本做梦也没有想到帝国海军的宠儿第一航空舰队会遭此横祸！下一步怎么办？武士道精神和赌徒心理促使他做出了与南云、阿部、山口完全一样的选择：复仇。
他一面命令近藤中将指挥的中途岛攻略部队向西北撇离，与南云部队会合，并派出第七巡洋战队乘夜炮击并摧毁中途岛的航空基地，一面亲自前往增援南云，但他至少需要一天时间才能赶到。
一心复仇
阿部和山口并不知道，5号机侦察到的美军舰队与之前 4 号机报告的根本就不是同一支，而是第 1 7特混舰队，“约克城”号恰好也是目前唯一有出击能力的美军航母，因为 VS-5的17架SBD没有参加第一波攻击。弗莱彻此时仅得到VB-3的报告，知道击沉了一艘日军航母（指“苍龙”号），他仍在担心另一个日军航空战队，因此于 11 点33分派出VS-5的10架 SBD，侦察西北方向200英里范围，查明是否还有日军航母。
10点57分，由小林道雄海军大尉率领的18架99式舰爆和重松康弘大尉率领的6架零式舰战开始起飞，被痛揍之后的日本人终于把一切条条框框抛诸脑后，已经等不及中途岛归来的舰攻加油、挂雷后一起出击了。11 点 42 分，重松大尉发现下方有美军返航的 SBD（属于“企业”号），出于复仇心理，他率领所有零战去攻击 SBD，而放弃了对舰爆机群的保护。结果由于 SBD 排成密集阵型，重松一架敌机也没有击落，反而有 2 架零战重伤返航，完全是得不偿失。而被战友抛之脑后的舰爆机群则要面对 20 架“野猫”战斗机的拦截，因为“约克城”号的雷达很快就发现了它们。
美军攻势非常凌厉，小林机队的阵型很快被打乱，有的被迫提前投弹。好在零战终于赶来缠住了“野猫”，才有7架舰爆能够对“约克城”号进行攻击。12点10分，第一架舰爆从船尾发起攻击，结果被高炮击落，但其投下的242千克高爆炸弹也在中央升降机发生剧烈爆炸。第二架舰爆也被击落，投掷的高爆炸弹在尾流中爆炸，引发了舰尾大火。第三、四架舰爆都没有命中，但第五架投下的 250千克半穿甲弹正好命中甲板中部，在机舱上层爆炸，导致 9 个锅炉中的 6 个停止工作；第六架投下的高爆炸弹命中了前部升降机，第七架的投弹则擦肩而过。
7 架舰爆命中 3 弹，日军飞行员的技艺确实比其美国同行精湛得多，但其代价也很沉重：小机队的 24 架飞机中只有 6 架返航，其中 2 架已经无法修复，而小林和重松都未能生还。作为其努力的回报，“约克城”号暂时失去了动力，燃起了熊熊大火，由于雷达受损，舰桥被烟雾围绕，弗莱彻被迫将司令部转移到“阿斯托利亚”号重巡洋舰上，实际指挥权移交给了斯普鲁恩斯。得到报告的山口乐观地认为，这艘航空母舰已经完蛋了。
但美军航母的消防系统和日军完全不同，根据珊瑚海海战的教训，其供油管道可以抽干内部汽油并填充二氧化碳，自动水泵也比日军的手动水泵效率高得多，而且上千名船员全部接受过消防和损管培训，而不是像日军那样搞专业部门，仅仅 30 分钟后，轰炸引起的几处火灾就已经被扑灭。14 点 30 分，“约克城”号奇迹般地恢复了 19 节航速，可以继续作战。