在南云部队的后方，是山本亲自坐镇的舰队主力，称主力部队，它包括由山本亲率的主力部队和高须四郎海军中将指挥的阿留申警戒部队。山本的主力部队拥有"大和"、"长门"、"陆奥"3艘大型战列舰、l艘轻型航空母舰"凤翔"号、2艘水上母舰"千代田"号和"日进"号以及1艘轻巡洋舰、9艘驱逐舰、2艘油轮。这支兵力预计布置在中途岛西北600海里处，准备随时与出动的美国太平洋舰队主力进行决战。
由"日向"号、"伊势"号、"扶桑"号、"山城"号4艘战列舰、2艘巡洋舰和12艘驱逐舰组成的高须四郎中将指挥的警戒部队，位于山本以北500海里处，为进攻阿留申群岛的细萱中将的部队担任警戒与支援任务。
南方部队是"中途岛攻击部队"，总指挥为第2舰队司令长官近藤信竹中将，分别由占领部队、支援部队和攻击部队组成。其具体作战计划是：第2联合特别陆战队司令官太田实大佐率领海军特别陆战队2个大队（2800人），陆军部队指挥官一木支队长率领陆军1个联队（3000人）及其他支援部队，分乘12艘运输舰，在第11航空战队和拥有1艘轻巡洋舰、11艘驱逐舰的第2水雷战队的护航下，从塞班岛出发，于N日即6月7日，在中途岛登陆，占领桑德岛与伊斯特岛。指挥官为第2水雷战队司令长官田中赖三少将。
从关岛开来的栗田健男海军中将的重巡洋舰"熊野"号、"三隈"号、"铃谷"号、"最上"号以及2艘驱逐舰，将于N日为登陆部队提供近距离支援。近藤的主力包括第4战队的重巡洋舰"爱宕"号、"鸟海"号，第5战队的"妙高"号、"羽黑"号重巡洋舰，第3战队的"金刚"号、"比睿"号高速战列舰，第4水雷战队的"由良"号轻巡洋舰和8艘驱逐舰，以及载有12架战斗机和12架鱼雷轰炸机的小型航空母舰"瑞风"号，它们留在中途岛西市稍微偏南处，掩护登陆部队的侧翼。
除此而外，还有潜艇部队在北美沿岸、阿留申群岛海域、夏威夷四周，监视敌舰队动向，实施牵制，协助主力作战。这是一个浩大无比的作战计划。如果一切顺利，这支庞大的舰队将分散在中太平洋北部1000海里的水面上。每支部队都将等待着N日后的某个时候，当美国太平洋舰队出现在他们眼前时，便给予其毁灭性的打击。山本五十六对此作战充满信心。幕僚及各舰官兵自珍珠港开战以来，屡战屡胜，大有中途岛不值一击的气势，"几乎所有的人都认为胜利在握"，山本的参谋渡边后来说道，"美国舰队的大部分在大西洋。据此我们相信在太平洋上日本海军居于优势。如果指挥得当，不可能不取胜。"
不过，在机动部队的幕僚中，也有人对这一计划存有怀疑。草鹿参谋长和源田参谋即认为这次的作战计划，仍有以主力舰为中心的倾向，不像是主张以飞机为主力的山本长官的计划。在这一计划中，山本不自觉地将战列舰视作了整个舰队的皇后，只把航空母舰当作了空袭中途岛的尖刀使用，企图先以航空母舰的空袭彻底攻击中途岛基地，在敌舰队出动后，即以主力舰队与之决战。可是万一美国人提前出现，南云的航空母舰就将承受全部正面的压力，而这时山本视之为主力部队的战列舰又在哪儿呢？山本将在南云西面300海里，高须所在的位置更远，将在南云北面近1000海里。"大和"号战列舰虽是世界上最大的战舰，装备有能发射4万公尺射程的大炮，可是以每小时25或26海里的速度，从300海里的地方赶到时，恐怕战争早已结束了。这种安排不能不让人怀疑。如果机动部队受到攻击，真的出现紧急情况，主力部队能给予多少支援，还不如留在柱岛节省些燃料算了。南云所需的警戒和保障还得依靠南云自己来解决。而他的2艘战列舰、2艘重巡洋舰、1艘轻巡洋舰根本无法为他的4艘航空母舰提供有效的掩护。山本这个素来重视航空母舰航空兵的人，现在却一下子在使用航空母舰编队方面犯了重大错误，正是这一战略性的错误，导致了后来中途岛的溃败。
但这丝丝隐忧很快就被笼罩在整个日本海军头上的盲目乐观和骄傲自大的情绪所掩盖，尤其是几个月来在南方海域的扫荡战中晒黑了皮肤、养壮了身体的第1航空舰队的军官们，对于上述顾虑，有的恼怒，有的厌恶，有的扫兴，有的嘲笑逗趣，但就是没有人警觉，没有人预感到灾难即将临头。有一个水上机队，甚至在出发前毫无顾忌地发出一份电报通知说："6月中旬以后，凡寄交本队的邮件，收件地址一律写'中途岛'。"也许正是联合舰队的"盲目自大"在捉弄山本吧，他的整个作战部署，竟一直采用原来的密码通讯下达，儘管海军军令部在舰队启程驶往中途岛之前的5月1日，决定改变原来使用的"吕密码"和乱数表，但由于一直忙于组织协调中途岛的作战行动，根本没有来得及去顾及如何使用新密码和分发密码册的问题，以致把使用新密码的日期，从原定的5月1日推迟到了6月1日。
由于这一疏忽，山本给自己的对手尼米兹将军提供了难得的机会。受命于危难之际的尼米兹，为了遏制日本的扩张势头，一举夺回在西太平洋地区失去的支配权，准备了用以对付日本的强有力的"秘密武器"，这就是约瑟夫