Между тем 17-е оперативное соединение продолжало идти на север. В 11:50 2 июня 1942 года два «Донтлесса» с «Йорктауна» обнаружили корабли 16-го ОС в назначенной точке «Удача» в 350 милях [648 км] северо-восточней Мидуэя, а в 16:00 на кораблях обоих соединений могли видеть друг друга уже визуально. Объединённые силы под общим командованием контр-адмирала Фрэнка Флетчера, насчитывающие три эскадренных авианосца с 221 боеготовым самолётом, семь тяжёлых и один лёгкий крейсер, а также пятнадцать эсминцев, двинулись на запад.
Утром 3-го июня патрульные летающие лодки «Каталина» с Мидуэя обнаружили в 700 милях [1300 км] к западу от атолла крупные силы японцев, которые были идентифицированы как их Транспортное соединение, которое должно было осуществлять собственно высадку и захват американского опорного пункта. Это ещё раз подтвердило правильность разведданных, на которых строилась американская операция. Из-за плохой видимости северо-западней Мидуэя ударное авианосное соединение японцев обнаружено пока не было, однако по данным разведки оно должно было нанести удар по атоллу утром следующего дня.
Мы не будем разбирать весь ход сражения при Мидуэе, вспомним лишь, что по первоначальному плану основной ударной силой должны были стать авиагруппы «Энтерпрайза» и «Хорнета», в то время как самолёты «Йорктауна» должны были обеспечивать безопасность правого (северного) фланга объединения, а также служить оперативным резервом. Контр-адмирал Флетчер слишком хорошо помнил Коралловое море и больше не собирался «складывать все яйца в одну корзинку».
В 05:34 4 июня 1942 года, когда на кораблях перехватили первое сообщение патрульной «Каталины» c тактическим номером 4V58 « Авианосцы противника », объединение находилось в 202 милях [374 км] северней Мидуэя (пеленг 013°) и двигалось на северо-восток, в точку встречи с поднятым на рассвете с «Йорктауна» вылетом из десяти SBD-3 «Донтлесс», проводившим разведку северного 180° сектора на дистанцию в 100 миль [185 км].
Спустя одиннадцать минут было перехвачено переданное открытым текстом сообщение с другой «Каталины»: « Много самолётов в направлении Мидуэя, повторяю, в нап ра влении Мидуэя ». И только в 05:52 PBY-5A номер 4V58 передала первые конкретные данные о противнике: « Два авианосца и линкоры, пеленг 320, дистанция 180, курс 135, скорость 25 ».
На мостиках американских авианосцев быстро пересчитали эти данные. Получалось, что вражеское соединение находится на пеленге 247° и дистанции 175 миль [324 км] от них, то есть за пределами просевшего боевого радиуса истребителей F4F-4 «Уайлдкэт» и на пределе боевого радиуса TBD-1 «Девастейтор» с подвешенной торпедой. На самом деле из-за навигационной ошибки штурмана «Каталины» местоположение японского соединения было определено с погрешностью в 4° по пеленгу и 40 миль [74 км] по дальности, поэтому в действительности дистанция до американских авианосцев составляла не 175, а около 200 миль [370 км]
Однако контр-адмирал Флетчер и его штаб исходили из тех данных, что у них имелись, и в 06:07 соблюдавший радиомолчание «Йорктаун» передал сигнальным прожектором приказ командиру 16-го оперативного соединения контр-адмиралу Рэймонду Спрюэнсу: « Следуйте на юго-запад и атакуйте авианосцы противника как только они будут достоверно обнаружены. Я проследую за вами сразу же после посадки самолётов. »
16-е оперативное соединение совершило разворот почти на 180° и со скоростью 25 узлов [46 км/ч] двинулось на перехват японских сил. По их рассчётам начать поднимать авиагруппы в воздух следовало не ранее 07:00, когда дистанция до движущегося почти перпендикулярным курсом противника сократится до хотя бы 155 миль [287 км].
Уже в 06:30 «Йорктаун» прибыл в точку встречи, принял на борт подтвердившие отсутствие непосредственной угрозы с севера «Донтлессы», провёл ротацию воздушного охранения, после чего также развернулся и на 25 узлах двинулся на сближение с противником, а на лётной палубе авианосца начали выстраивать самолёты уже для ударных задач. С одной стороны контр-адмирала Флетчера очень беспокоило то, что пока были обнаружены лишь два авианосца противника при том, что по данным разведки их должно было быть четыре или даже пять, а с другой – он меньше всего хотел быть застигнутым вражеским авиаударом с палубой, заставленной самолётами.