1942年4月2日，马克·米切尔指挥的“大黄蜂”号航母从美国西部旧金山出发，舰上搭载着陆军航空兵中校吉米·杜立特，以及16架B-25B轰炸机和机组人员。4月14日，“大黄蜂”号在中途岛以北、阿留申群岛以南的约定地点与哈尔西指挥的“企业”号航母编队会合，然后一同向西驶向日本九州。他们将实施一次绝密行动——轰炸东京。
4月18日7时30分，一艘日本巡逻艇发现了美军舰队，并发回了无线电警报。几分钟后，美舰前卫巡洋舰用炮火将其击沉。杜立特决定趁日本人还没有来得及反应提前行动。8时整，杜立特驾驶飞机第一个出发，至8月24分所有16架轰炸机，各搭载4枚500磅炸弹飞向目标。
两个小时后，也就是东京时间12时20分，美军轰炸机飞临东京湾。东京人正在吃午饭，盘旋在城市上空的战斗巡逻机很少，他们没有发现美军战机。用于防空的阻塞气球也在上午防空演习结束后收回了。
倒是有一架日军运输机在空中与美机编队遭遇，可惜为了减轻飞机自重，美军飞机上原有的机炮已经拆除，不然杜立特等人还会猎获意外的大礼——那架飞机上坐着的是刚刚视察水户航空学校返回东京的东条英机。
抵达市区后，美军飞行员和机组人员看到东京市民正在向他们挥手欢呼，直到投下第一枚炸弹，掀起滚滚浓烟，他们才意识到遭到了轰炸。空袭持续了20分钟，除东京外，名古屋、大阪和神户也同时遭到袭击。对东京的空袭共毁坏90栋建筑，造成几十名平民伤亡。随后飞机按照预定计划继续向西飞行，15架飞机最终因油料耗尽降落在中国的浙江和江苏境内，一架被击伤的飞机改道向北飞行，迫降在苏联。
参加此次行动的76名机组人员中，65人几经辗转回到美国（包括杜立特），3人在迫降时遇难，8人被日军俘虏，其中4人在战后幸存。
哈尔西在回忆录中记录了杜立特等人起飞后的海上情形：“吉米率领他的中队起飞了，随后我的值班参谋在旗舰航海日志上写道：‘改变航向，左转弯90度，立即以25节（1节=1海里/小时=1.85公里/小时）航速退出该海域……’”
“空袭东京”对美国方面具有双重意义。在战场上一片惨淡时，它如一剂强心剂，激发了美国的士气。此外这次行动也为航母快速作战提供了有价值的尝试。
日本方面对此次袭击十分震惊，虽然战争对于日本人来说已经是常态，但本土尤其是东京还是第一次经历战火。关于是否继续向东推进的争论结束了，矛盾重重的日本海军和陆军达成一致——东进夺取中途岛；北上进攻阿留申群岛，南下攻占莫尔兹比港。从而孤立珍珠港美军太平洋舰队，对其形成包围态势，逼迫美海军与其决战。
尼米兹自担任太平洋舰队司令以来，一直在探究日本的下一步行动方向，所以他始终把情报工作放在首位。
尼米兹的情报来源有三个，一个是罗切福特少校领导的，归第14军区管辖，隶属于海军通信局通信保密科的夏威夷通讯站；一个是设在菲律宾马尼拉湾科雷吉多尔岛上的情报站；还有一个就是莱顿中校领导的太平洋舰队情报处。
起初尼米兹并不重视莱顿，他将获取情报的希望寄托在罗切斯特和科雷吉多尔岛上的两个情报站。罗切斯特的办公地点就在军区行政大楼的地下室里，尼米兹去那里视察时，发现里面没什么设施，除了几排桌子和一些文件柜，最引人注目的是靠墙放置的一排IBM计算机，它们每天24小时不停运行，试图从截获的海量日军电报中寻找到蛛丝马迹。
美军在太平洋地区配有一批高频测向器，从北向南分布在阿留申群岛、夏威夷，直到菲律宾。他们将收听到的日军电讯汇集到罗切斯特的手中。日本海军的作战密码被美国人简称为JN25，它由45000个五位密码组组成，每一个密码组代表一个字或词组。为了防止被美国人破译，JN25里还混杂了5000个乱编的五位密码组，并且定期更换。发报员发报时会随意加上几组乱码组，收报员根据发报员的提示，剔除掉乱码组，最终呈现出一份真实的电文。
日本人忽视了两点，其一是密电太多，每天要发送一千份以上，海量的电文将一个不可能破译的工作变成了可能。此外罗切斯特手下有一批顶尖的破译专家，还有IBM计算机负责处理繁重的计算工作，日本人的密电渐渐被美军破译出来。
当然美军还不能完全掌握日本人的密码，能够破译出来的部分电文被呈送到海军作战部和太平洋舰队司令部，莱顿的情报处将对他们进一步分析、甄别。
莱顿和罗切斯特是好友，二人曾于1929年一同被送到日本学习日语。莱顿对日本很了解，他尽可能地模仿日本人，按照他们的思维方式思考问题，理解日本海军的战略思想、作战计划和作战方法。正是他对日本海军的独到见解，才渐渐吸引了尼米兹的注意力，并得到尼米兹的信任。
莱顿向尼米兹解释了珍珠港事件前情报处为何没有提供情报。当时情报处已经能够部分破译日本海军的密电，但日本在行动前非常谨慎，偷袭前的几个星期在电报里对偷袭珍珠港的计划只字不提，海军航母舰队的电台也从美军监控范围内消失，全部舰艇严格执行无线电静默。所以美军在一段时间内得不到有效的情报。
1942年4月9日前，莱顿收集到了一些琐碎的情报，从中他得出结论——日本海军有可能在4月下旬进攻新几内亚东部。
欧内斯特·金得知日军即将发动新攻势的消息后，破例直接联系罗切斯特，责令其向他本人和尼米兹提供一份详细的报告。罗切斯特和参谋团队查阅了历史情报资料，得出四点结论：
日军在印度洋的作战已经结束，舰队正撤回国内基地；
暂无进攻澳大利亚的企图；
将很快发动攫取新几内亚东部的战斗；
将动用大部分联合舰队的兵力在太平洋地区发动大规模行动。
尼米兹的参谋班子在罗切斯特报告基础上，进一步提出结论：日军为控制新几内亚东部，可能要进攻澳大利亚在珊瑚海海域的莫尔兹比港基地，因为盟军飞机可以从那里起飞，向东抵达新几内亚尾部，也可以向北到达日军的拉包尔基地。
1942年1月，日本曾试图夺取莫尔兹比港，但因为缺少航母支援没能得逞。不仅如此，美军在击沉的一艘日军潜艇中打捞到日本密码本。罗切斯特的情报站如获至宝，破译工作也大大加快。4月17日，情报部门进一步证实，日军即将实施南下计划，目标正是此前判断的莫尔兹比港。与此同时，科雷吉多尔岛的情报机构也发来消息，日军运输船队由“祥凤”号轻型航母护航，由“翔鹤”号和“瑞鹤”号航母编队支援，将很快进入珊瑚海。
尽管情报部门的工作已经足够出色，但尼米兹还是一筹莫展，原因很无奈——他手中没有足够御敌的兵力。麦克阿瑟手上有200架飞机，但飞行员没有接受过海上作战和识别军舰的训练。如果要有效阻止日军的行动，必须动用航母上的舰载机才行。哈尔西正在执行空袭东京的任务，来不及赶回来参战。“萨拉托加”号在1月份被鱼雷击中，正在西海岸整修。弗莱彻指挥的航母编队（“约克城”号航母编队）则正在西南太平洋执行任务。唯一停泊在港内的航母是“列克星顿”号。
5月1日，经过和麦克阿瑟协商，尼米兹命令以“约克城”号航母编队、“列克星顿”号航母编队，以及麦克阿瑟增援的一支巡洋舰舰队组建第17特混舰队，由弗莱彻统一指挥，赶赴珊瑚海，阻止日军行动。5月5日，美军在海上完成战斗准备。
日军已经先期进入珊瑚海海域。5月3日，日军顺利攻占图拉吉岛。正当日本人在岛上欢庆胜利时，弗莱彻出动40架舰载机对图拉吉岛发动袭击，击沉日军驱逐舰1艘、登陆驳船3艘。日军虽然造成一些损失，但也因此获悉珊瑚海有美军航母编队出没，于是立即命令处于图拉吉岛登陆部队身后的机动舰队南下，迎击美军航母编队。
美军舰载机空袭图拉吉岛时，尼米兹刚从中途岛返回。罗切斯特的情报分析中不仅提到了南下日军，还着重强调赶回国内的日本联合舰队主力正准备发动一场更大的进攻。虽然并不清楚日军将向哪里进攻，但尼米兹最担心的还是夏威夷的西北门户中途岛，如果日军占领了那里，太平洋舰队就会完全暴露给日本海军。
尼米兹对弗莱彻发回来的第一份战报颇不以为然，因为它暴露了航母编队的行踪。但他还是给前线指挥官发去了热情洋溢的回电，同时责令他们抓紧时间练习打靶，以期在正面交锋时取得更大的战果。
太平洋舰队司令部的作战地图贴在一副胶合板上，海图上蒙着一张描图纸，由绘图军官用彩色铅笔标注出美军舰队的位置及行动。每天子夜时更换一张描图纸，尼米兹会时不时到地图面前查看敌情变化。
5月6日，乔纳森·温赖特率领困守在菲律宾群岛的美军投降。同一天美军放弃科雷吉多尔岛，尼米兹失去了一个情报来源。当天11时，日军在拉包尔电台发出信息被盟军多处电台截获，称发现了美军第17特混舰队的位置，太平洋舰队司令部一阵紧张，尼米兹最担心的事情可能会发生——日军航母提前向美军航母编队发动进攻。事后得知，日军航母编队没有收到拉包尔发出了情报。
5月7日，美军派出的侦察机发现日军航母编队。9时26分，10架战斗机、12架鱼雷机和28架俯冲轰炸机从“列克星顿”号航母起飞。半小时后，8架战斗机、10架鱼雷机和25架俯冲轰炸从“约克城”号起飞，作为第二批攻击编队飞往日军航母编队海域。
弗莱彻第一时间收听到了飞行中队狄克逊少校发回的电报：“除掉了一艘航空母舰！狄克逊袭击了航母，除掉了一艘航空母舰！”
太平洋舰队司令部无法收到狄克逊的电报，尼米兹正在作战室焦急地等待弗莱彻发回的消息。当后者报告击沉了日军轻型航母“祥凤”号时，尼米兹没有流露出丝毫的喜悦，他提醒弗莱彻，密切注意两艘日军大型航母的动向，它们随时可能发动对第17特混舰队的攻击。
其实美军侦察机发现日军航母编队时，日军的侦察机也发现了美军的“航母编队”，并且提前出动舰载机扑向目标海域。但是当他们抵达那里时，才发现情报有误，侦察机错将前一日给第17特混舰队加油的“尼奥肖”号油船和“西姆斯”号驱逐舰误认为是美军航母。
日军不费吹灰之力就消灭了美军两艘舰船，“西姆斯”号被3枚500磅炸弹击中，顷刻间葬身海底，大部分舰员随舰阵亡。“尼奥肖”号被7枚炸弹和数枚鱼雷击中，舰上燃起熊熊大火。不过“尼奥肖”号没有沉没，大部分舰员在海上漂泊了数日，最后被“亨利”号驱逐舰发现，100多名舰员得救，然后“亨利”号发射鱼雷将“尼奥肖”号击沉。
日军损失了一艘轻型航母，航母舰队司令原忠一决定在7日黄昏发动夜袭。27架轰炸机和鱼雷机试图冲破美军舰队防御圈，但被留在“约克城”号上战斗巡逻机击退。夜幕中6架日军飞机迷航，他们误将“列克星顿”号当成自己的航母，试图在甲板上着陆，遭到美护卫舰防空炮火的袭击后，仓皇逃离。
“列克星顿”号的雷达密切关注着夜袭日机的动向，发现它们在东南30海里处消失，据此他们断定那里就是日军航母编队的位置。弗莱彻轻易否定了这个判断，并下令舰队向南行驶。与此同时原忠一下令舰队向北行驶，美军就此错过了一次歼敌良机。
5月8日8时，双方几乎同时发现了对方。此时双方实力相当，各有2艘大型航母，舰载机数量是121比122架，几乎相等。日军战斗机和鱼雷机数量略多，美军的俯冲轰炸机数量则更占优势。此外日军占有地理优势，他们经过一夜北行，进入一片阴云笼罩、风雨交加的海域。而美军一路南下，进入一片晴朗平静的海域。
关于这一天的海战经过已经在《战役篇——珊瑚海海战》中做过介绍。至当天黄昏，日舰“翔鹤”号遭重创，甲板毁坏以致无法收容飞机。“瑞鹤”号则躲进暴风雨中没有遭到攻击。
美舰“列克星顿”号被2枚鱼雷击中，舰体一度倾斜7度，但经过紧急抢修很快恢复了平衡，动力也能维持24节的航速。
“约克城”号被一枚350公斤的炸弹击中甲板，但没有引发连锁反应，仍可以继续战斗。
尼米兹在8号这一天一直等不到弗莱彻的电报，直到10时才获取一份弗莱彻发给麦克阿瑟的电报，内容是要求麦克阿瑟派出陆基飞机参战。由此他才断定双方已经发现对方，大战一触即发。
下午，尼米兹收到一系列电报。
弗莱彻称“约克城”号被一枚炸弹击中，穿透两层甲板，但战斗力未受损；
“列克星顿”号遭日军鱼雷机攻击，受伤较重；
在对敌攻击中，至少3枚1000磅炸弹击中敌航母，敌舰剧烈抖动……
尼米兹紧绷了几天的脸上露出了笑容，司令部里也是一片轻松的氛围。尼米兹给金发去了电报，称作为首战，尽管己方有损失，但战绩已经相当不易。在发给第17特混舰队的电报中，他不吝赞美之词，称“祝贺你们近两天取得的辉煌胜利，你们保持了海军的优良传统，受到整个太平洋舰队的称赞，你们是我们的骄傲！”
入夜后，尼米兹回到住处。他坐在写字台前写下了当天的作战日志：“今天是我们舰队在珊瑚海战斗中一个值得纪念的日子。在过去36小时内，双方航空母舰会战的结果，我们击沉了敌人的“祥凤”号，重创“翔鹤”号。我方“列克星顿”号受重伤，“约克城”号受轻伤。……天亮前，“约克城”号和“列克星顿”号均已向南后撤。”
尼米兹打算好好睡上一觉，以缓解几天来的疲劳。但弗莱彻随后发来的电报给司令部蒙上了一层阴影。原本受伤不重的“列克星顿”号当天发生了严重爆炸，火势迅速蔓延已经无法控制。此时大部分舰载机在舰体修复后已经降落，剩下的只能降落在“约克城”号上。15时，舰长奥布里·菲奇下令弃舰。22时，弗莱彻命令驱逐舰发射鱼雷，将“列克星敦”号击沉，那些先期降落的舰载机也随航母一同没入海中。
尼米兹赶回司令部，来回在狭小的办公室里踱步，口中喃喃自语说：“不该丢的！”
很快他察觉到周围的参谋们也情绪低落，于是他改变了语气，对众人说：“记住这一点，我们还不清楚日军受损的情况，他们显然也付出了代价，他们绝不会称心如意的。”
从战术上讲，美军在实力相当、情报占优的情况下损失更大。日舰“祥凤”号只有1.2万吨，而美舰“列克星顿”号是一艘3.3万吨的大型航母。
但是美军取得了战略上的胜利，开战以来日军南下扩张的势头被遏制了，进攻莫尔兹比港的计划因珊瑚海海战被向后推迟。“翔鹤”号虽然没有被击沉，但它和“瑞鹤”号都错过了一个月后的中途岛战役。
5月10日，日军为挽回珊瑚海行动失利的颜面，派出一支部队占领了中太平洋的瑙鲁岛和大洋岛。尼米兹得知消息后，命令已经返回的哈尔西率领舰队赴东所罗门群岛海域，目的是让日军搜索机能发现美军两艘航母（“企业”号和“大黄蜂”号）的踪迹。日军果然上当，匆忙命令瑙鲁岛和大洋岛日军撤回。
同时他用最笼统的措辞公布了珊瑚海海战的战报，故意隐瞒“列克星顿”号沉没的消息，直到中途岛战役结束后，才将事情公之于众。
