对太平洋舰队司令及其参谋人员来说，今后几周将是整个太平洋战争中最伤脑筋的阶段。“中途岛战役前和战役期间，我睡觉很少，”尼米兹回忆说，“因为需要考虑的事情太多。”尼米兹并不是神经容易紧张的人，但是他的责任重大，即使是《爱丽丝漫游奇境记》里爱睡觉的老鼠处在这种情况下也会失眠的。
日本人下一步将攻打何处，报上猜测纷纷。《檀香山广告报》登载的朱利叶斯·埃德尔斯坦5月15日发自华盛顿的文章说：
这里的内行观察家们今天预测说，日本人将对阿拉斯加和夏威夷发动“春季攻势”。
阿拉斯加在军事上是北太平洋的基石，是日本人进攻的首要目标。据信这一进攻因冬季来临而被搁置了。但是，自珍珠港事件以来，有些部队一直在准备应对这一进攻。
夏威夷的军人总督迪洛斯·C.埃蒙斯中将已经向公众发出警告：夏威夷将遭到攻击……
尼米兹很有把握，说可以排除日本进攻夏威夷的可能性。但他必须决定如何对付日军对阿拉斯加的威胁。即使他可以肯定这基本上是日本人的佯攻，但他也不能置之不理。5月17日，他决定组建北太平洋部队，由罗伯特·A.西奥博尔德海军少将任司令，统率重巡洋舰“印第安纳波利斯号”和“路易斯维尔号”，轻巡洋舰“火奴鲁鲁号”、“圣路易斯号”和“纳什维尔号”及10艘驱逐舰。
另外，尼米兹还负有保卫美国—澳大利亚运输线的责任。他的抉择体现了他的远见卓识：哪怕从中途岛防线抽调一定数量的驱逐舰，也要继续进行正常护航。
尼米兹麾下有一支强大的战列舰部队。只要他认为有必要，他完全可以将其派往中途岛。由太平洋舰队前任司令派伊海军上将任司令的第一特混舰队驻在旧金山。该舰队由战列舰“宾夕法尼亚号”、“马里兰号”、“科罗拉多号”、“爱达荷号”、“田纳西号”、“新墨西哥号”和“密西西比号”、8艘驱逐舰及护航航空母舰“长岛号”组成。“我们充分考虑了将第一特混舰队用于中途岛防御的问题，”尼米兹在中途岛战役后向金海军上将报告说，“我们没有动用它，因为让任何能够加强我们对敌航母实施远程打击的部队转作中途岛警戒部队的做法并不可取。”
毫无疑问，尼米兹还有其他的考虑，因为他把完全可以用于中途岛的警戒部队派到阿留申战区。尼米兹和金都估计“敌计划有诱出我舰队之大部的内容”。战列舰部队速度太慢，不能与快速的航母部队一同行动，而且尼米兹拨不出飞机为“长岛号”提供掩护，而“长岛号”上只有20架飞机。
也许尼米兹还考虑到一个不甚明显的因素。一名了解这两位海军上将的军官说：尼米兹并不十分信任派伊，认为他“智慧过人，胆量不够”，因此，不愿过多地信赖派伊去和日本人交战。
即便如此，从当时情况看，尼米兹的决定也是深谋远虑的，很有魄力，完全打破了传统。多年来，美国海军一直墨守战列舰乃海上皇后的成规，但在珍珠港事件后6个月内，在数量上处于严重劣势的太平洋舰队司令竟故意冷落战列舰。尼米兹并非飞行员出身，而山本享有海军航空力量倡导者的称号，但正是这位美国人决定不向中途岛派遣这种过时的东西。
尼米兹真正要求作好准备的部队是航空兵，而且多多益善。5月18日，以克拉伦斯·L.廷克陆军少将为司令的第七航空队15“奉命进入特别战备状态，准备迎击迫在眉睫的敌人的进攻”。廷克当时最好的作战武器是四引擎B-17轰炸机，即富有传奇色彩的“飞行堡垒”，它可以携带一颗重磅炸弹进行远距离飞行。如果山本庞大的舰队真的出现在海面上，廷克及其轰炸机部队司令司令H.C.戴维森陆军准将也只有27架B-26可实施攻击。在此之前，第七航空队一直使用“飞行堡垒”来执行搜索和攻击任务。但是，5月18日进入“特别战备”后，戴维森连续10天没有给B-26下达搜索任务。它们“作为攻击力量，一直挂带着500磅和600磅重的爆破炸弹待命”。
5月18日起，从本土飞抵夏威夷的新B-17轰炸机数量不断增加。通常它们都在上午抵达瓦胡岛，然后立即开进航空维修与供应基地的机库。在那里，维修人员卸下长途飞行中使用的副油箱，在无线电舱内装上辅助油箱，并对其设备和武器进行检查。在24小时内，这些新来的飞机就被移交给战斗部队，有的留在瓦胡岛，有的迅速前往中途岛。
这些准备工作开始得并不算早，因为日本舰队已经开始出动。5月20日，田中的中途岛输送船团离开日本横须贺和吴市的大型海军基地驶向距日本750海里的集结点塞班岛。这位坚韧不拔、经验丰富的将军将在塞班岛等待新的命令，并按规定时间继续驶向中途岛。田中部队包括11艘运兵船、数艘货船和油船，还有辅助舰艇和护航舰，总共40余艘。运兵船搭载了大约5000人的中途岛登陆部队，其中海军和陆军人员几乎各半，由太田实海军大佐统一指挥。这支队伍包括太田直接指挥的海军第二联合特别陆战队和一木清直陆军大佐直接指挥的陆军一木支队。日本海军部队通常都有数字番号；而陆军部队没有番号，皆以指挥官姓名指称，聪明的情报人员只需了解该部队指挥官的军阶，便可相当准确地判断出它的实力。
一支由藤田海军少将为司令的水上飞机母舰部队与田中的船队一起出发。该部队由下列部分组成：搭载16架水上战斗机及4架水上侦察机的水上飞机母舰“千岁号”，搭载8架水上战斗机及4架水上侦察机的辅助航空母舰“神川丸号”。驱逐舰“早潮号”负责护卫，第三十五号巡逻艇运载负有特殊使命的部队。藤田部队的任务是占领库雷岛并在岛上建立水上飞机基地。这些舰艇都是统一而又复杂的攻占中途岛计划的组成部分。
这是一项庞大的计划。中途岛位于中太平洋，距日本本土基地约2250海里，距瓦胡岛只有前者一半的路程。日本由四个主岛构成，其核心面积略大于加利福尼亚州。它已经在太平洋和亚洲的广大区域发动了战争，现在又要进行新的扩张冒险。
当时，日本除在本土各岛有军队，在千岛群岛、萨哈林岛、朝鲜、中国、法属印度支那、菲律宾、马来亚、荷属东印度群岛、威克岛、关岛、塞班岛、提尼安岛、新不列颠、所罗门群岛、加罗林群岛、马绍尔群岛、新几内亚以及其他一些地方都有它的军队。试想一下，要在如此广大的地域装备、运送、供应和维持各类部队，需要怎样的人力、物力、舰船配备和组织工作！人们只要设想一下这要作出多大的努力，就不难看出日本人为了荣誉在1941年12月7日贸然开战面临的问题有多大，而如今在中途岛他们又想干什么。
由于美国潜艇四处活动，田中有日本10艘最好的驱逐舰护航。这些驱逐舰都取了与战争很不相配的诗意十足的名字，其中有参加过袭击珍珠港的“不知火号”、“霞号”、“霰号”和“阳炎号”。这些舰艇速度快、火力强，排水量约为2000吨，装有8个24英寸口径的鱼雷发射管及6门5.5英寸口径的、有遮护的双联装火炮。
作战计划规定，在抵达塞班岛前，驱逐舰的最终目的地应对它们的舰长保密。但至少有一名舰长从田中那里提前知道了。5月20日，在吴港，田中向“天津风号”舰长原为一海军少佐透露了消息。在这之前，对“天津风号”的人员进行了大规模调整。到5月中旬，“天津风号”上有经验的军官及大半船员都被换掉。原为一估计该舰至少需要两个月才能恢复战斗力。其他驱逐舰舰长大都面临同样的情况。原为一听到田中的话之后，像以往一样立即作出了反应。他看着田中，似乎感到统帅部的成员和整个统帅部都失去了理智，接着，他激动地大喊起来：“什么？这是搞什么名堂，司令官？难道就用这样的部队去打仗？”
田中示意这位敢于直言的部下安静下来，并承认说：“事实上我也没有把握。但愿这不是真的。”然而这是千真万确的事实。因此，在驶向塞班岛途中，在田中的护航驱逐舰舰长中，至少有一人情绪非常低落。
轻巡洋舰“神通号”枪炮长千种定男海军少佐在当时的日记中记得很详细，他清楚地记得途中的情况。“驶向塞班岛途中风平浪静，阳光明媚，万里无云，微风习习，”他回忆说，“此情此景使人振奋。”但是他也记得，当时大家体力和脑力耗费都很大，十分疲劳。“我们得不到休息，得不到休息，”他重复着，“我和别人一样也是人，我们奔赴战场时都已疲惫不堪。我们对取胜没有丝毫怀疑，但是大家都累坏了。”
千种很聪明。他身材中等，性格温和，为人谦逊，目光炯炯有神。珍珠港作战中，他在驱逐舰“秋云号”上任枪炮长，4月份刚从印度洋作战中返回就被调至“神通号”。这艘巡洋舰一直在广岛湾忙于为进攻中途岛而加紧训练。由于未来作战中它的任务是摧毁岸上设施，支援登陆部队，因此训练的主要目的是要做到精确轰击岸上目标。4月底，千种听到了关于攻打中途岛的消息，并详细研究了作战计划。他念念不忘珍珠港和印度洋作战的胜利，所以在驶往塞班岛途中他一直认为战争很简单，我们能打赢，攻下中途岛易如反掌。
美国人没有自欺欺人地认为守住中途岛“易如反掌”。岛上到处都在进行抗击入侵的准备。东半部的那个小小的三角形东岛几乎要被集结的人和物压沉了。整个设施上一片杂乱：匆匆忙忙的指挥官，新近刚来的人员，有各式各样的飞机，总也加不满的油罐，还有当地的海鸟信天翁。
用海军陆战队第二十二航空大队（MAG-22）大队长艾拉·E.凯姆斯中校的话说：“我们得知面临的任务时，感到似乎有成千上万件事要做，但又没有时间去做。于是我们夜以继日地干，只要不累得无法参战就行。”
自5月21日起，中途岛作战进入战备阶段。在此之前，由第二四一侦察—轰炸机中队、第二二一战斗机中队和规模适中的大队部及勤务中队组成的MAG-22是东岛唯一的航空兵部队。该大队有47名军官和335名士兵，有21架P2A-3战斗机和31架SB2-U3侦察—轰炸机。这些飞机中只有17架可用。尽管部队人数不算多，但在岛上吃住仍有困难，有部分士兵连防空洞里的睡铺都分不到。不过，停放飞机的掩体是足够的。
在进入侦察飞行阶段之前，每天正常油耗约1500加仑。岛上的储油系统可以满足这个数量的供应。该系统的组成为：地下主储10万加仑，备储5.1万加仑，分散在机场周围各要地的有250个55加仑的油箱桶可在紧急情况下供油，一艘驳船装油1.5万加仑，油泵不停地将油泵入主存储系统，以保证油料供应；此外，还有2辆各装1200加仑的油罐车可供使用。
遍及全岛的弹药堆积处共计约存有：37颗1000磅炸弹，216颗500磅炸弹，281颗100磅炸弹，23颗MKl7-l型深水炸弹，以及2.2万发0.5英寸和0.3英寸口径的枪弹。地下储有淡水2.5万加仑，地面水箱储淡水2万加仑。淡水的使用控制严格，只能饮用和做饭。洗澡及冲洗使用抽上岛的海水。
这种常态不久突然发生了变化。尼米兹后来写道：“中途岛得到了它能得到的一切加强力量。”然而令人尴尬的事实依然存在，“……中途岛仅能为约一个航空母舰群的航空兵部队提供保障……”因此，“尽管不断有大批飞机从大陆飞抵瓦胡岛，然后飞至中途岛，但是岛上所有的飞机数量从未大到足以留有充分余地弥补损失的程度。”
当时，华盛顿的陆军最高层在根本没有被说服的情况下接受了日军将进攻中途岛的观点。史汀生的日记清楚地反映了这一点：
最近几天不断传来令人惊恐的消息，说日本人正在集中兵力准备向我发动进攻，以报东京被炸之仇。由于消息有根有据，我们现在正不安地揣摩着他们的进攻地点。究竟是阿拉斯加，还是西海岸，还是巴拿马。乔治·马歇尔十分不安，今天下午对我说他打算到西海岸去看看。
那天（5月21日）下午晚些时候，史汀生看到马歇尔正和空军及陆军情报部代表讨论日军可能进攻的问题，“谈到日军可能空袭在圣地亚哥的工厂，然后南下飞入墨西哥”。换言之，他担心日军会采取杜利特尔空袭的方式——袭击日本后即飞往中国降落。于是史汀生要求政府与边界以南的自己人取得联系。马歇尔于5月22日下午飞抵西海岸，“因为我们认为可能性极大的是日本人不久将袭击我西海岸某地，很可能是西海岸南部某地”。
显然，这时在东京，有几个人正不安地在作进一步考虑。三和写道：“虽然由于准备工作进展缓慢，人们强烈要求推迟中途岛作战，但还是决定强行推行原计划。这个决定涉及一个棘手问题：过于勉强推行固然不好，但对这些要求采取过于软弱的态度也不行……”17“翔鹤号”的整修和“瑞鹤号”的补充工作远不能如期完成，潜艇的修理工作也是拖拖拉拉。但是日本人还是决定执行原计划。这是因为如果打乱了原定的日期，至少要等一个月才能有合适的月光，对中途岛实施夜间登陆。
5月22日破晓，山本的主力部队驶过丰后水道进行短暂的海上演习。途中它与返回本土的第五、第六巡洋舰战队相遇。“大和号”礼貌地发出信号，祝贺它们取得了珊瑚海战役的胜利。但是巡洋舰没有回答。三和估计他们之所以保持沉默，是“出于意识到自己打得不好的缘故”。
08：00，主力部队的10艘战列舰开始演习。当这些大型舰艇在海上轰轰隆隆地劈波斩浪时，谁能相信这竟是日本帝国海军在公海上的最后一次大规模演习呢？他们一直演习到午夜，然后才驶向临时锚地。这天，三和在日记的结尾部分写道：“累坏了。”
这句话同样适用于美海军陆战队MAG-22副大队长维恩·J.麦考尔少校。5月22日，他开始了他所说的中途岛之战的“搜索和侦察阶段”。东岛开始活跃起来。由6架PBY5A巡逻轰炸机、20名军官和40名士兵组成的第四十四巡逻机中队（以下称VP-44）从珍珠港飞抵东岛。守卫部队旋即开始在12个增设的飞机掩体忙碌起来，并对重要设施加紧进行伪装。新的无线电频率计划开始实行，所有飞机全部调整到新的频率。很能说明问题的是，当天MAG-22例行巡逻的油耗约为8000加仑，几乎达到正常日耗量的5倍。
5月23日，VP-44剩下的另6架PBY巡逻轰炸机载着21名军官和40名士兵飞抵东岛。同日又派出6架PBY在直径600海里的海面上作扇形搜索。这天的油耗为前一天的2倍多。
5月23日17：00，山本的主力部队返回柱岛。次日下午，原海军少将向山本及其幕僚报告了珊瑚海战役的情况。宇垣承认说：“他的报告相当真实。”
5月7日，他连一次发动进攻的机会都没有，气得简直要退出海军了。次日他虽使敌方受创，但自己的部队也有损失。当时的形势十分复杂，虽然他意识到必须扩大战果，但没有勇气这样做，只是执行上级的命令：“向北”、“进攻”。
宇垣可能已经消了气，但是三和不以为然。“我不禁感到司令官们的情绪有点低落，”三和在日记中说，“他们似乎忘记了只有坚持到底的人才能取得战斗的胜利，忘记了在战争中我们承受的损失看起来总是大于给敌人造成的损失。这样看来，海军少佐和大尉一级的飞行军官们的情绪倒比他们的高。如果他们受到嘲笑，那也没有办法。”
这个评价对人称“金刚”的原海军少将来说就不近情理了。在这次战斗中，美国人遭受的主要损失都是原手下飞行员干的。下级军官们可以尽情施展他们的蛮勇，因为数千人的性命和巨大战舰的命运并不取决于他们的拼杀。此外，宇垣的原谅与三和的蔑视都清楚地表明：山本的参谋们对珊瑚海之战的结果并不像日本报界那样感到喜出望外。