中途岛战役从计划提出时就广受诟病。遭遇惨败后，批评山本五十六的声音也更多地来自海军内部。人们不禁质疑几乎被神化的联合舰队司令，他还能够率领海军赢得战争的胜利吗？
作为日本海军的领军人物，山本擅长的是战略而非战术。就战略而言，南下莫尔茨比港是为了威胁美澳运输线，进而逼迫美军太平洋舰队主力出战；东进中途岛是为了威胁太平洋门户，同样是逼迫美军航母出战。山本的目的很明确——尽早和美国海军决战，不给敌人以喘息的时间。
山本曾多次强调，开战以后日本海军只有一年的时间，最多不会超过一年半。如果届时不能逼迫美国坐下来求和，那么日本海军必败无疑。山本的估算是否正确呢？我们可以用一个例子来佐证。
1940年4月，美国国会通过《两洋海军法案》。1941年4月，埃塞克斯级航母首舰“埃塞克斯”号开工建造。1942年7月底该舰下水。从开工到下水，美国新航母仅用了15个月。到了1943年6月，也就是太平洋战争爆发一年半之后，下水的埃塞克斯级航母已经达到了5艘，而且后续新航母还在陆续交付。至战争结束时，埃塞克斯级航母共完工了17艘。
1941年至1945年，日本建造并完工的正规航母仅有两艘——“大凤”号和“信浓”号。其中，“信浓”号首航20小时就被盟军潜艇击沉，“大凤”号则在1944年6月的马里亚纳群岛战役期间同样被美军潜艇击沉。
太平洋战争爆发前，山本就不厌其烦地告诫主战派——不要轻言与美国开战，但如果一定要打就必须尽快寻求与美国太平洋舰队决战的机会，毕其功于一役。山本虽然说了很多次，可听进去的人并不多。
二战期间，日本和德国都存在一种虚无缥缈的乐观。1937年7月，卢沟桥事变爆发后，日本扬言三个月解决问题，他们寄希望于国民政府惧怕日军的强大，从而主动谈判求和；1940年6月，德国击败法国，希特勒寄希望于英国看清德国的强大，从而承认德国在欧洲大陆的霸权；1941年6月，德国陈兵苏联边境时，同样是寄希望于把俄国人赶过乌拉尔山和乌拉尔河后，斯拉夫人可以放弃故土，甘心流落他乡。
中国人屈服了吗？英国人屈服了吗？苏联人屈服了吗？同样的，美国怎么可能在“一场关乎国家生死存亡”的时刻选择屈服。在这一点上，山本的目光虽然比其他日本人长远一点，但还是太过一厢情愿了。
既然山本在战略上定下了“抢时间”的基调，那么联合舰队，尤其是第1航空舰队在战术上就必须超负荷运转。自偷袭珍珠港后的四个月里，第1航空舰队先从日本单冠湾出发空袭夏威夷，再奔赴东南亚支援陆军作战，又西进印度洋袭击英军东方舰队。日军南下第一阶段作战期间，第1航空舰队航行达8万公里，官兵和舰船都达到了使用的极限。但高级指挥官们并不这么认为。
为了配合第4舰队夺取莫尔茨比港（代号“MO”行动），山本给自己的老朋友、第4舰队司令井上成美（山本担任海军部次官期间，井上成美是海军大臣米内光政的参谋长，三人配合默契，并称“海军三驾马车”）加强了3艘航母。结果“加贺”号航母抵达特鲁克港后已经不具备出航的条件，只能留在港内大修，所以南下参战的只有“翔鹤”号和“瑞鹤”号两艘重型航空母舰。
井上成美也将这两艘航母像宝贝一样对待。他将自己的舰队分成五个分舰队，两支用于登陆莫尔茨比港和图拉吉岛，一支用于修建水上航母基地，一支包括“祥凤”号轻型航母的掩护舰队负责支援，包括两艘重型航母的突击舰队则跟在第4舰队的身后。
井上成美认为，如果美军航母不在南太平洋，那么凭借第4舰队的力量就可以攻取莫尔茨比港和图拉吉岛，贸然动用航母舰队，则可能招致不必要的损失。如果作战期间发现了美军航母的身影，再让航母舰队前出也不迟。
MO行动最终引发了二战历史上首次航母之间隔空对决——珊瑚海海战。从战役过程来看，井上成美的排兵布阵毫无问题。日本人并不清楚自己的作战企图已经暴露，美军已经提前派出两支航母特混舰队提前埋伏在珊瑚海海域。
太平洋舰队司令尼米兹在战争初期总是给自己的顶头上司、海军作战部部长欧内斯特·金灌输一种观点——美军正在“攀爬非常陡峭的学习曲线”。尼米兹可以说是煞费苦心，与虎狼之师的日本联合舰队相比，美军的确都是些新兵蛋子，而且实力处于劣势。稍有不慎就会遭遇“不可承受的损失”，所以每一次行动他都非常谨慎。
美军特混舰队指挥官弗莱彻很快就在战场上缴纳了学费。5月4日，一直处在暗处的美军航母出动舰载机对刚刚被日军占领的图拉吉岛实施空袭，击沉日军驱逐舰1艘、运输舰1艘、扫雷艇2艘。
弗莱彻兴奋地汇报了自己的战果，可远在夏威夷的尼米兹一脸黑线——弗莱彻就这么轻易地暴露了自己的行踪，战前的情报优势已经不存在了。
最终在一场势均力敌的较量中，美军损失了4.2万吨的“列克星敦”号航母，而日军则只损失了1.2万吨的“祥凤”号轻型航母。
日本虽然没有损失重型航母，但他们的舰载机，尤其是飞行机组的损失远超美军。海战结束后，日军突击舰队的航母上只剩下39架飞机，77架舰载机和90名机组人员埋葬在了珊瑚海。日本海军可能还没有意识到，那些战前培养的优秀飞行员将有多重要。
鉴于敌情不明，井上成美决定取消进攻莫尔茨比港，向舰队下达了撤退命令。接到报告后，山本五十六当着联合舰队参谋们的面打骂井上成美“胆小如鼠”，参谋长宇垣缠也附和道：“怎么能放弃追击的机会！”
宇垣缠立即给井上成美复电：“有必要追击，要报告情况。”
井上的回电让宇垣缠哭笑不得，他给出的理由是“按照山本司令的指示，5月8日必须结束战斗。”
山本五十六在战前的确下达过这样的命令，当时他考虑为了确保进攻中途岛能够集中使用航母，要求“瑞鹤”号和“翔鹤”号航母务必于5月8日前北上，与第1航空舰队主力会合，这样南云就可以集中6艘主力航母进攻中途岛。可事与愿违，“翔鹤”号在珊瑚海海战遭遇重创，丧失了战斗力；“瑞鹤”号虽然完好，但舰载机和飞行员损失太大，来不及补充，所以这两艘航母最终还是错过了中途岛海战。
山本的霉运才刚刚开始，在接下来的一段时间里，他和他的联合舰队就没有一件事是得偿所愿的。
1942年5月5日，裕仁田黄正式批准了“海军进攻中途岛和阿留申群岛”的作战方案。这份计划出自联合舰队参谋黑岛龟人之手，此人虽然职务不高，但颇受山本的器重。1941年4月，第1航空舰队参谋源田实完成了偷袭珍珠港的草案，山本随即让黑岛制定出详细作战方案。除此之外，联合舰队西进印度洋、空袭比基尼岛，以及这次突袭中途岛的计划都是他的手笔。
黑岛的计划是投入10艘航母，其中包括6艘主力重型航母。不过“瑞鹤”号和“翔鹤”号掉链子之后，能够投入作战的航母就只剩下4艘重型航母和4艘轻型航母。
即便如此，山本和黑岛都认为兵力已经足够。根据井上成美的报告，美军在珊瑚海海战中损失了2艘航母，分别是“列克星敦”号和“约克城”号。这样一来，美军短期内能够使用的航母只剩下两艘，联合舰队仍然握有巨大的优势。
5月25日，联合舰队指挥官和参谋们齐聚“大和”号战列舰宽敞的会议室，进行为期两天的图上演习。和偷袭珍珠港前的演习推演一样，这次的结果也相当难看——美军投中了9枚炸弹，击沉日军2艘航母。
受到上次演习和实战之间巨大反差的鼓舞，山本和联合舰队的参谋们对演习结果并不在意，他们“PS”了一下总结报告——先是将命中炸弹从9枚改成3枚，击沉击伤航母各一艘。然后又觉得不妥，所幸加大“美颜”系数，将演习结果改成一艘航母都没有损失。
当天晚上，山本和参加预演的参战部队指挥官及参谋人员在“大和”号上聚餐，喝着天皇所赐的米酒，为祝愿即将到来的作战获得成功而干杯。至此日军的战前准备一切就绪。
当天晚上，几千海里之外的珍珠港正在召开高级会议。在尼米兹的逼问下，太平洋舰队情报处长莱顿大胆地讲出了自己的判断：日军4艘主力航母将于6月4日晨6时在中途岛西北175海里处出现，方位325度。
莱顿提供的情报对中途岛海战有多大帮助？很多人认为用什么样的赞美之词都不为过。去年珍珠港被袭，太平洋舰队事前毫无防备；这次日军突袭中途岛，太平洋舰队则了如指掌。这就是两次战役最大的区别。
与此同时，满身伤痕的“约克城”号驶进夏威夷港的修理厂。一向和蔼亲和的尼米兹严令：务必用三天的时间修好“约克城”号，使其能赶上中途岛之役。
5月26日，南云的第1航空舰队驶离柱岛基地，向中途岛海域进发。两天后，山本五十六率领第1舰队离港，与南云舰队保持400海里距离跟进。
舰队出航不久，“赤城”号飞行队长渊田美津雄就因急性阑尾炎被送进了舰上医务室。没多久，舰队作战参谋源田实也因重感冒引发肺炎吃上了病号饭。山本也没好过，他在出航后胃病复发了。
一向有些迷信的日本人感到了一丝不安。
中途岛海战最关键的转折点是那次“鱼雷换炸弹、炸弹换鱼雷风波”。南云忠一也因此背负了这次惨败的直接责任。
其实南云很委屈。换弹之前他的舰队先后经历了来自中途岛岸基飞机的两次空袭，又经历了美军舰载机的三次空袭。凭借零式战斗机优良的性能和舰队密集的防空炮火，日军航母都毫发无伤，而美军飞机则损失惨重。
得益于珊瑚海海战的教训，美军指挥官弗莱彻和斯普鲁恩斯一直保持着无线电静默，而且目标十分明确——发现日军航母舰队后立即发动攻击。所以南云舰队费了好大劲才确定美军航母的位置。得到侦察机的报告后，南云采取了两个措施，其一就是让舰载机把准备进攻中途岛的炸弹卸下，换上进攻航母的鱼雷；其二是命令舰队向北移动，以便重整队形，躲避来袭的美军飞机。
但是他的运气太差了。从美军航母起飞的第四批次共50架轰炸机在抵达预定海域后，并没有发现日军航母。此时他们的燃油已经消耗到了极限，再不返航将无法飞回航母。但美军飞行员意外发现了一艘落单的日军驱逐舰（该舰此前奉命追击一艘美军潜艇，完成任务后正准备和主力舰队会合），寻着这艘驱逐舰的航向，美国人终于发现了北面的南云舰队。
南云舰队的霉运还没有结束。当美军飞机来袭时，大部分护航战斗机因燃料耗尽刚刚回到航母上加油，剩下的战斗机则远离舰队，去追击上一波来袭美军飞机去了。所以南云舰队的上空没有战斗机护航，于是猎杀航母的好戏上演了……
由于无线电静默，山本五十六和参谋能够了解的战况有限，但是他们一直在监听日本飞行员的无线电通信。即使听到到美国航母出现，“大和号”舰桥上的日本人仍然充满信心。
但是在早上10时50分，信号官递给总司令一张纸条，这是警戒舰指挥官阿部弘毅少将传来的无线电讯息：“受到敌人航母舰载机和陆基飞机攻击，‘加贺’号、‘苍龙号’和‘赤城号’起火。我们计划让‘飞龙号’与敌军航母开战。暂时向北撤退，重新集结部队。”
一名军官回忆道，当山本五十六读到这一消息时，他叹息了一声，然后一言不发地把纸条递了回去。他和其他军官都惊呆了，情绪一时变得“晦暗失落”。
山本将军的文书军士野田满春回忆说：“军官们感到迷茫，全都耷拉着脑袋，面面相觑，嘴巴紧闭……无法言说的死寂、阴郁和恼恨没有让他们落泪。南云忠一没有发来任何消息，他那时正在把司令旗从‘赤城’号上转移到一艘巡洋舰上。他死了吗？参谋人员都不愿承认这场战役已经失败，开始集体讨论对策。一些人提出的策略不切实际，另一些人则鲁莽冒进，所有人都想孤注一掷。”
主力部队距离太远，无法及时提供直接的援助。此外，由于主力部队缺少空中掩护，即使援助可能也起不了作用。但是舰队把航速提高到了20节，开始全速向东行驶。
“大和号”高耸的天线向日本舰队的不同作战单位发送了新的命令——
远在北方负责掩护阿留申群岛登陆部队的小型航母舰队接到的命令是迅速向南行驶，加入日本第一航空舰队。
运兵船奉命脱离舰队，向北行驶，离开中途岛飞机的攻击范围。
掩护运输舰的水面舰艇向中途岛快速前进，轰炸这片环礁。
当天晚上，主力部队和日本第1航空舰队的水面舰艇要伺机同美国航空母舰作战。
在南云的机动编队中，只有“飞龙”号没有受伤，指挥官是山本的好友山口多闻少将。接过航空舰队指挥权后，山口命令“飞龙”号上的舰载机向美军航母反击，最终将“约克城”号击沉。
17时55分，山本五十六收到了南云忠一发来的他不想看到的报告：“17时30分，‘飞龙号’被炸弹击中起火。”
山本不想撤退，他和参谋长宇垣缠经过商议后，给南云发去了一封颇有些奇怪的电报：“明天上午，友军部队能否使用中途岛的岸上基地？”
19时15分，他又致电南云，命令他率领第1航空舰队其他水面舰船向东搜索美军航母，并采取夜间行动将其击毁。然后他命令主力舰队向中途岛驶去，并命令栗田健男的巡洋舰舰队攻占中途岛。
南云没有执行山本的命令，当他意识到四艘航母都已经无法挽回时，命令驱逐舰发射鱼雷将它们击沉，然后命令舰队向北撤退。21时30分，他向山本如实汇报了一切。
山本五十六和联合舰队的参谋们对南云的做法十分不满，不过这刚好给他们提供了一个借口——将这次海战失利的责任全部推到南云的头上。山本五十六命令近藤信竹接过南云忠一的指挥权，然后让其率领舰队转向东追击美军航母。他还告诉近藤，5日凌晨1点之后，他们将与敌人发生激战。
南云忠一看到这份命令后情绪相当激动，他拒绝交出指挥权，并让舰队继续向西北行驶。
山本的决心很快也发生了动摇。天亮后，己方薄弱的防空能力一旦遭遇美军航母的打击将会是毁灭的。宇垣缠和参谋们现在也不得不坦然面对失败的现实。整个舰队最危险的是栗田健男指挥的巡洋舰舰队，他们正奉命驶往中途岛，在没有空中掩护的情况下用舰炮轰击岛上美军设施。一旦天亮后，他们就会成为美军岸基飞机的猎物。
6月5日零时15分，山本命令栗田健男的巡洋舰掉头西撤，又给近藤信竹和南云忠一补充下达了与主力舰队会合的命令。至此，被山本五十六寄予厚望的中途岛战役以日本的惨败结束。
