《决战中途岛》这部电影最大的问题，就是缺乏紧张感，缺乏美、日两军之间的相互博弈，仿佛美军在破译日军要袭击中途岛的计划之后，美军取得胜利就是自然而然的事情一样。而现实中，美军赢得中途岛战役的胜利也是有很多曲折，付出了很大多的代价的。
真实的中途岛战役的过程是这样的：
6月4日凌晨，日本第一波攻击机群36架九七式舰上攻击机、36架九九式舰上轰炸机和36架零式战斗机开始从4艘航空母舰上同时起飞，108架舰载机在友永丈市海军大尉的率领下出发攻击中途岛。南云中将命令侦察机搜索东、南方向海域，第二波攻击飞机提到飞行甲板上，准备迎击美国舰队。但是重巡洋舰利根号的2架侦察机因为弹射器故障，起飞时间耽误了半个小时，筑摩号的1架侦察机引擎又发生故障中途返航（这架飞机本应该正好搜索美国特混舰队上空），给日本舰队埋下祸根。
拂晓，中途岛派出的“卡塔林娜”式侦察机发回发现日军航空母舰的报道，斯普鲁恩斯少将立即做出反应，准备攻击日军航母（其实法兰克·弗莱彻海军少将是这次行动的总指挥，但是斯普鲁恩斯首先发动空袭）。美国舰队因为已经破解了日本海军“JN-25b”的通讯密码，而对敌人的计划了如指掌。
清晨，日本舰载机向中途岛发动了猛烈的攻击。驻扎在中途岛的美军战斗机已经全部升空，迎击来犯的日本战机。美军的轰炸机，包括了B-17型轰炸机也向日本舰队发动还击。
7时整，友永丈市大尉率第一波攻击机群准备开始返航，并向南云中将发出了需要进行第二次攻击的电报。
7时06分，由战斗机、鱼雷机、俯冲轰炸机所组成的117架战机，从斯普鲁恩斯少将所率领的第16特混编队大黄蜂号及企业号升空，奔向200海里外的南云舰队。
7时10分，第一批从中途岛起飞的10架美军鱼雷轰炸机出现在南云舰队的上空。美军飞机排成单行，扑向日航空母舰。在日军战斗机的截*和日舰猛烈的炮火下，很快就击落了7架。友永的报告和美机的攻击，使南云中将相信中途岛的防御力量还很强，于是决定把原来准备用于对付美舰的飞机改为对中途岛进行第二次轰炸。此时，他仍然没有发现美军舰队。
7时15分，南云下令赤城号和加贺号将在甲板上已经装好鱼雷的飞机送下机库，卸下鱼雷换装对地攻击的高爆炸弹。
7时30分，南云接到利根号推迟半小时起飞的一架侦察机发来的电报，距中途岛约240海里的海面发现10艘美国军舰。南云命该侦察机继续查明敌人舰队是否拥有航空母舰，同时命令暂停对鱼雷机的换弹。就在南云等待侦察机的侦察结果时，空中再次响起了警报。40余架从中途岛起飞的美军B-17轰炸机和俯冲轰炸机扑向南云的舰队。由于美军的轰炸机没有战斗机护航，结果很快的就被南云派出的零式战斗机击退。
8时15分，南云终于接到了侦察机传来的报告：美军舰队里确实有航母的存在。南云下令各舰停止装炸弹，飞机再次送回机库重新改装鱼雷，日本航空母舰的甲板上一片混乱，为了争取时间，卸下的炸弹，都堆放在甲板上。
8时30分，空袭中途岛的第一攻击波机群返航飞抵日本舰队的上空。还有那些保护航空母舰的战斗机也需要降落加油。南云处于进退维谷的境地。第二航空母舰战队司令山口多闻海军少将向南云建议“立即命令攻击部队起飞”。第二批突击飞机换装鱼雷还没有完成，如果马上发动进攻，也没有战斗机护航。而且舰上的跑道被起飞的飞机占用，那么油箱空空的第一攻击波机群会掉进海里。南云决定把攻击时间推迟，首先收回空袭中途岛和拦截美军轰炸机的飞机，然后重新组织部队以进攻美军特混舰队。
8时37分，返航的飞机开始相继开始降落在四艘航空母舰飞行甲板上。
8时40分，15海里以外的弗莱彻少将率领的第17特混编队的约克城号航空母舰上起飞了35架战机。
9时18分，全部飞机的作业完毕。南云命令舰队以30节的航速向东北航行，向美军特混舰队靠近，以避开再来攻击的中途岛方面美机，准备全力进攻美军特混舰队。
9时20分，掩护日本舰队的战斗机开始起飞。
9时25分，一队由大黄蜂号起飞的15架飞机组成的编队（编号VT-8，指挥官约翰·沃顿少校）发现了南云舰队。不幸的是，他们的燃油即将耗尽，而且没有战斗机护航（由于沟通不畅，原本应该投入支援的VF-6企业号上的F4F野猫战斗机编队没有接到求援命令而是按照原要求等待VT-6编队）。在自*式攻击中，被零式战斗机和高射炮火全部击落，30名飞行员除乔治·盖伊生还外全部遇难。
盖伊漂在海里，并捞起一个飞机上黑色的垫子盖在头上，以降低自己被发现的几率。战斗结束后，盖伊独自漂流在海上，忍受着饥饿、伤痛，直到6月6日早上才被美国海军PBY卡特琳娜水上飞机救起。
9时30分，从企业号起飞的14架TBD（VT-6编队，指挥官尤金·林赛少校），中队长林赛少校同样将他的十四架TBD分成了两个七机编队对“加贺”号进行砧型攻击，不过在进入投雷距离前他们必须首先突破日本舰队由轻巡洋舰组成的距母舰十二至十五英里的外层防御圈及距母舰六英里由重巡洋舰和战列舰组成的内层防御圈。日本舰队当然要竭力阻止美军鱼雷机抢占攻击阵位，除了用密集的高射炮火封锁TBD的航路外，更主要的是依靠先进的零式战斗机。VT-6刚突破外层防御圈就受到了零式的围攻，在抵达投雷点时已经只剩下四架“蹂躏者”。指挥官林赛在这次战斗中阵亡，最终返航的四架TBD中有一架因油尽迫降在“企业”号旁。
10时00分，苍龙号的十三式侦察机按利根4号机报告的错误方位，没能找到美国航母。
10时10分，从约克城上起飞的35架战机加入战场，它们分别是VB-3的17架SBD无畏式俯冲轰炸机，VT-3的12架TBD和为其护航的6架VF-3的F4F野猫战斗机。不过在攻击前，VT-3却莫名其妙地与VB-3失去了联系。由兰斯·马西少校率领的十二架TBD在离日本航母十五英里处受到了八架零式的截击，敌人不断从高处对TBD进行俯冲攻击，使得七架飞机在投雷前就栽进了大海。剩下的五架TBD倒是向“苍龙”号发射了鱼雷，不过全部被日本人躲了开去。在撤退过程中又有三架飞机被击落，最后只余下两架飞机回到了“企业”号。
在本次战斗中，6架F4F的指挥官约翰.萨奇少校首次运用了“萨奇剪”飞行战术面对15架零战，取得了损失1架，击落5架零战的可观战果。
10时20分，由于美军的攻击，飞机甲板开始执行给护航的零式战斗机加油加弹作业，无法准备反击波。正当日军战斗机在低空忙着驱赶美军鱼雷机时，南云舰队的上空出现了33架由小克拉伦斯·韦德·麦克拉斯基少校率领从企业号起飞的SBD无畏式俯冲轰炸机。他们在索敌2个小时未果，油料不足的情况下，麦克拉斯基决定继续搜索。随后发现了为防止美军“鹦鹉螺号”潜艇上浮而留在原地的“岚”号驱逐舰，并沿这艘驱逐舰航向找到了日军航母。此时，日舰正在掉头转到迎风的方向，在极易受攻击的境地，只停放着几架零式战斗机。
10时24分，第一架换班的防空日本战斗机飞离飞行甲板时，企业号的33架“无畏”式俯冲轰炸机，分成2个中队分别攻击赤城号航空母舰和加贺号航空母舰，由于率领VS-6中队的队长小麦克拉斯基少校是战斗机飞行员出身，不熟悉俯冲轰炸的程序——他应该带领先头编队攻击较远的那条航母而不是近处的，因此导致几乎全部轰炸机（30架）集火加贺号，率领VB-6的理查德·贝斯特少校意识到还有一条航母没有被攻击，他立即召唤两架友军飞机，对赤城号这艘日军旗舰发动了袭击，配合贝斯特的两名战友一个没命中一个只取得近弹。关键时刻，贝斯特冒着无法拉起以及发动机过热的危险发起大角度俯冲，一举命中了赤城号飞行甲板，直接引爆了该舰机库内的飞机和燃料弹药，瞬间让赤城号陷入冲天大火。
与此同时，17架从约克城号航空母舰上起飞的SBD无畏式俯冲轰炸机（VB-3编队，指挥官麦克斯韦尔．莱斯利少校）专门攻击苍龙号航空母舰。日军的3艘航空母舰刹那间变成了三团火球，堆放在甲板上的的飞机以及燃料和弹药引起大爆炸，火光直冲云霄，短短的5分钟，日本三艘航空母舰被彻底炸毁了。
10时40分，接替指挥空中作战的日第2航空战队司令官山口多闻少将发动反击，18架由九九式舰载轰炸机和6架零式战斗机组成的攻击编队从飞龙号航空母舰起飞。飞向目标途中，发现了一批正在返航的美军轰炸机，便悄悄的尾随。就因如此，日机成功的找到了约克城号，并立即发动攻击。约克城号被3颗炸弹命中，虽然遭到破坏，但是在美军船员的极力抢修下，恢复了航行功能。
11时30分，南云中将及幕僚转移到了长良号巡洋舰，开始集合残余的舰队。
13时40分，10架日军九七式舰载攻击机和6架零式战斗机又从飞龙号飞来，对受伤的约克城号发起了第二次攻击（日方由友永指挥。由于约克城号已被修好，日机飞行员误把它当成是另一艘姊妹舰）。约克城号这次就没那么幸运，被两枚鱼雷击中，左舷附近掀开两个大洞，并把舰舵给轧住了。弗莱彻少将被迫转移到巡洋舰，将指挥权移交给斯普鲁恩斯少将。
14时45分，美军侦察机发现日军飞龙号航空母舰，斯普鲁恩斯立即命令企业号、大黄蜂号航空母舰的30架“无畏”式俯冲轰炸机起飞，去攻击飞龙号。
15时00分，美军约克城号的舰长巴克马斯特被迫下令弃舰。然而，它却并没有沉没，于是美军又回到舰上，试图由拖船拖向珍珠港。
16时45分，美军企业号航空母舰的俯冲轰炸机成功地攻击了日军剩下的飞龙号。飞龙号当即命中4弹，船上一片火海。
19时13分，苍龙号与加贺号先后沉没。
22时50分，南云报告：“敌人还有航母4艘，我方航母全灭。”
1942年6月5日2时55分，日本联合舰队司令山本五十六大将否决了首席参谋黑岛大佐提出的集中全部舰只在白天轰炸并登陆中途岛的挽回败局的方案，下令：“取消中途岛的占领行动。”并表示“所有责任由我一个人来担当，我回去向天皇陛下请罪。”他把自己关进会客室，一连三天拒绝会见部下。
3时50分，南云收到山本“击沉‘赤城号’”的命令。
5时00分，抢救失败的赤城号航空母舰被日军舞风号、萩风号、野分号和岚号驱逐舰发射的鱼雷击沉。
5时10分，无法挽救的飞龙号航空母舰被日军驱逐舰发射的鱼雷击沉。第二航空战队司令山口多闻和舰长加来止男选择与舰共沉。
1942年6月7日13时00分，日军伊-168号潜艇发现了约克城号，随即发射4条鱼雷，2条命中约克城号，1条命中护航的哈曼号驱逐舰，哈曼号驱逐舰随即沉没，约克城号一直飘浮到第二天中午才沉入海底。
被攻击同时，美军其它6艘驱逐舰曾试图反击伊-168号，但伊-168号最终安全撤离。
中途岛之战宣告结束。
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