尼米兹在向弗莱彻介绍完有关情况后，要求斯普鲁恩斯立即到他的办公室来，与弗莱彻三人一起研究敌情，制定计划。
事实上，此时在尼米兹的头脑中已经形成了一个比较完整的作战计划。在尼米兹的作战计划中，一个起着决定性作用的要点是：弗莱彻和斯普鲁恩斯两支特混舰队须部署于日军搜索范围以外的中途岛东北方向，而美侦察机须自中途岛飞出700海里，在航程短得多的日舰载飞机发现美航空母舰之前，侦察出日航空母舰的位置，以便主动对日本舰队实施攻击。
为确保这次以弱对强战役的胜利，尼米兹给两位特混舰队司令规定了一条不可违背的作战原则。他说 ：“在执行规定的任务时，你们必须遵循不轻易冒险的原则。这一原则应理解为：若无把握使优势之敌遭受较之我更大的伤亡，则要避免暴露自己，免受敌打击。”
在两支特混舰队的指挥关系上，尼米兹是这样明确的：由于弗莱彻的资历比斯普鲁恩斯深，因此由弗莱彻对这两支舰队实施统一的协同指挥。
在作战计划付诸实施之前，尼米兹决定召开一次军官会议，对形势进行最后一次深入细致的分析研究。
太阳西移，落日的余晖洒满珍珠港。夕阳斜照在停泊的战列舰上，照进了尼米兹的办公室。
办公室里，在中途岛战役中起着主要作用的五位指挥官汇聚在一起，正聚精会神地研究着中途岛战役中的关键问题。尼米兹坐在办公桌后面，他的头脑就是美海军对日作战的指挥中枢。坐在尼米兹身边的是他的特混舰队的两个司令官。弗莱彻是在毫无思想准备的情况下参与了这一战役的研究。斯普鲁恩斯寡言少语，他有一个机敏的、计算机般的头脑，能够广泛听取意见，深思熟虑。还有两位是尼米兹参谋班子里的成员。一个是他的得力助手、太平洋舰队参谋长德雷梅尔，瘦高个儿，举止文雅。他准备随时尽其所能减轻尼米兹的负担，向他提供所需的情况。另一位是情报参谋莱顿，他在5人中年纪最轻。他肚子里情报资料多得几乎要鼓起来。他急切地等待着尼米兹从他的情报仓库里提货。
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算破“底牌”（8）
会议开始后，没有人表现出洋洋得意的自负，也没有人故意篡改事实来套自己的先入之见或满足自己的一厢情愿，更没有一个人有悲观绝望的情绪。这是一个忠于职守的职业海军军人对严酷事实进行冷静、清醒分析的会议。与会者都很清楚，如果日军攻下中途岛，那对于版图像弓一样的日本本土无异于装上了一支钢的箭头，而这支箭头直接指向的目标是夏威夷的心脏。而且，太平洋战争爆发以来的事实已经证明，日军在珍珠港的得手绝非侥幸，日本作为一个很强大很狡猾的对手，会在难以预料的时间和地点无情地发起进攻。
每个与会者都感到时间十分紧迫。斯普鲁恩斯在几小时后即将出航，弗莱彻也将随后尽快出发。这将是他们最后一次面对面地一起分析最新情况，交流看法，一起研究敌情，制定更加全面细致的作战计划。每个人都清楚：决定一旦作出，行动一旦开始，就会出现影响太平洋战争全局的重大结果。
尼米兹开始用他那细软柔和的、不高不低的声音发言。他先结合最新情报，扼要重述了过去已作过的指示。他说，根据情报，日军的航空母舰编队不日将从西北方向进入中途岛海域。由于在力量对比上敌强我弱，如果将美国舰队部署于敌人与中途岛之间，取胜的几率就会很小。因此，中途岛之战必须采取反常的战法。为了争取进攻的突然性和摆脱后勤保障的困难，必须采取迂回战术。弗莱彻和斯普鲁恩斯的舰队处于劣势，若与日军正面交锋，旷日持久，则会陷于灭顶之灾。如果能像聪明的老看羊狗驱赶威胁羊群的狼那样从侧翼进攻，冲上去猛咬一口，则有可能实现以弱胜强的目的。美国的特混舰队决不能冲出瓦胡岛钻进日军设置的圈套。他们只能从侧翼迎敌，就像一只老鼠，既要一口一口地吃掉鼠夹上的奶酪，又要不触动夹子上的弹簧。
尼米兹说：“斯普鲁恩斯明日将要起航，弗莱彻随后也须尽快出发。你们必须在北纬32度、西经173度、中途岛东北约325海里处会合。我希望这个会合点能成为你们的“运气点”。
尼米兹要求弗莱彻必须于指定的时间在“运气点”与斯普鲁恩斯会合。这是美军取得中途岛战役胜利的一个关键环节。没有这一点作保证，美军的整个战役计划将会全部落空。如果弗莱彻姗姗来迟，斯普鲁恩斯就会处于困境，或者被迫单独出击；如果弗莱彻到得太早，就得潜伏在该海区等待斯普鲁恩斯，那样就很可能被日军发现。
会合固然要求精确地计算时间，而进攻时机的选择更需要精细、恰当。它必须同时具备3个条件：一、让日军接近中途岛，但又不能太近。二、自己必须尽量接近敌人，但又不能靠得太近。三、依靠侦察手段和个人的直觉，在最恰当的时机（日军飞机都停在航空母舰甲板上时）予以突袭，但又要避免己方遭受类似袭击。正如尼米兹后来回忆的：“当时，整个形势非常困难，需要我们的航空母舰最最精确地选择时机……”
斯普鲁恩斯比弗莱彻进入情况早，了解的情况多，所以这时他的思路已经开始活跃起来。他想：由于日本人可能会从其他方向接近中途岛，所以我们必须搞清楚日军进攻的基本方向，从而占领一个能够相应地采取行动的位置。斯普鲁恩斯设想的海战法则从根本上说十分简单：找到敌人，然后使用一切尚可机动或调动的力量立即对敌实施攻击。接着，他又试着从敌人的角度仔细考虑：日军袭击珍珠港是从北方进入的，这次也许会仍从北方进攻中途岛。在对付山本和南云这样富于智谋的对手时，必须既机警行事，又灵活多变。
从美军获取的情报看，日军向中途岛进攻的力量是十分强大的。尤其是其主要突击部队由南云忠一指挥，这更加使美国人感到事态的严重性。指挥日本航空母舰舰队的南云忠一将军在美国军界的知名度可谓如雷贯耳。每一个美国将军都知道：正是那个南云忠一，使日本接连取胜，使同盟国军队感到恐怖，是他在珍珠港使美国人丢脸，是他在锡兰使英国人出丑。
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算破“底牌”（9）
虽然在力量对比上日军占有很大优势，但美国方面也有许多有利因素。此次作战，美军除了在情报资料上占有绝对优势外，还是在内线作战。从地图上可以清楚地看出：中途岛距离珍珠港仅约1150海里，而山本的舰队离日军的柱岛基地却有2500海里。
尼米兹的另一张王牌是太平洋海底电缆。1903年这条电缆从檀香山铺到了马尼拉，中途岛是电缆上的一个站。此战役开始前，珍珠港与中途岛之间繁忙的通信联络大部分是通过这条电缆进行的，日本人无法窃听。仅从岸与舰之间的一般的无线电通讯中，日本人是无法了解美国人在搞什么名堂的。此外，美国的雷达也比日本先进得多，而且，短距离的舰与舰、舰与机之间的通话可以通过TBS（即无线电话）系统进行，日本人也无法截听。
尽管如此，与会者仍个个神情严肃。与握有一手好牌的山本相比，他们要想取胜困难很多。
会议进行一个多小时后，尼米兹用平静而坚定的语调对讨论的作战计划作了归纳：
面对在兵力上处于很大优势的对手，决定采取三项制敌策略。
一是美国航空母舰部队应避免在中途岛以西正面与日军交锋，而采取侧翼伏击战术，突然袭击日军航空母舰部队。第16、第17两支航空母舰特混舰队秘密驶抵北纬32度、西经173度的中途岛东北约325海里处会合，隐蔽待机，准备突袭预计在中途岛西北面出现的日军航空母舰部队。
二是两支航空母舰舰队指挥官应运用强大的消耗战术最大限度地摧毁敌人，主要使用舰载机对敌实施空袭，尽量避免与敌进行面对面的舰队决战。在珊瑚海海战中，这种战术已经被证明是一种十分先进的海战战术。
三是在执行规定的任务时，必须遵循不轻易冒险的原则。这一原则须理解为：若无把握使优势之敌遭受较之我方更大的伤亡，则必须避免暴露自己，免受敌打击。
为贯彻这三项制敌策略，尼米兹对参战部队提出了六项要求：
第一、尽量在远距离发现并攻击敌人，防止敌航空母舰对中途岛奇袭。为此，中途岛部队要加强警戒，实行700海里的空中巡逻。为实现对来犯日军的早期预警，潜艇部队在中途岛以西150海里、300海里和700海里处构成3道警戒线。
第二、对日军航空母舰部队的空中攻击，应在其空袭中途岛之前实施。为此，发现敌航空母舰部队之后，首先以中途岛上的陆军航空兵B…17型轰炸机进行远距离攻击，夏威夷方面的轰炸机也立即出动，参加进攻。
第三、太平洋舰队的航空母舰部队，在中途岛东北海面的日军空中搜索圈外隐蔽待机，一俟中途岛警戒飞机判明敌情，立即接近并奇袭敌航空母舰。
第四、在中途岛西面警戒的潜艇，应相机实施攻击。
第五、中途岛守军尽力死守该岛。
第六、重点防卫荷兰港至阿拉斯加之间区域，尽力阻挠日军对阿留申群岛的进攻。
美军情报部门提供的可靠情报，使尼米兹算破了山本五十六的“底牌”，使他能够提出置日军于死地的作战策略。虽然美军在兵力对比上处于劣势，但有了这些破敌良策，战场的局势就有可能从根本上改变。
美国著名海军历史学家莫里森教授把美军在中途岛海战中的胜利称之为“情报的胜利”，这是很自然的。美军破译了日本的密码电报，提前发觉日本的攻击计划，是日本失利的最主要的和最直接的原因。倘若日本攻占中途岛的意图的秘密能像袭击珍珠港的计划那样彻底掩盖的话，这次战役的结果就很可能会大不相同了。但是，美军取得中途岛的胜利，又不仅仅是因为破译了日本的密码，还有其他若干原因。尼米兹在获悉日本人将使用联合舰队的整个兵力实施中途岛作战时，没有被朝他开来的庞大的敌舰队所吓倒，恰恰相反，他立即大胆采取行动，并有意把他的较小的兵力投向强大得多的敌人。由于意识到自己无力与敌正面交锋，他就命令弗莱彻和斯普鲁恩斯把特混舰队部署在南云第1航空舰队的侧翼，以便他们能从有利的战场位置出发，对敌实施突然袭击。尼米兹的决策，为此战的胜利奠定了基础。
算破“底牌”（10）
5月27日这一天，尼米兹接连开了好几个高级会议，讨论并确定了中途岛战役的重大问题。在繁忙之中，他并没有忘记那些即将参加战斗的官兵，适时向定于次日出航的第16特混舰队发出了文告：“虽然在刚结束的航行中你们未能有机会与敌交战，未能再次取得过去作战之辉煌战果，但是，我相信你们已利用这段时间为今后作战提高了能力。在即将开始的航行中，你们将有机会给敌以沉重打击。你们已经给敌人以沉重打击，我完全相信你们有勇气、有技术、有能力给敌人以更大的打击。祝你们成功，祝你们走运！”
当尼米兹宣布散会，军官们离开他的办公室时，尼米兹的心上还挂着一件重要的事情，这就是能否及时将“约克城”号修好，以保证弗莱彻的第17特混舰队能够及时出动，于指定的时间在“运气点”与斯普鲁恩斯的第16特混舰队会合。
要修好“约克城”号谈何容易。
在珊瑚海海战中，它被打得遍体鳞伤。按照当时最乐观的估计，最少需要两周的时间它才能够出海作战，而最悲观的估计需要3个月。
“约克城”号的损伤来自5月8日从天而降的3颗炸弹。其中一颗直接命中飞行甲板，尔后穿过飞行甲板、舰艉部下甲板、主甲板、第二甲板、第三甲板，在航空用品仓库内爆炸。这颗炸弹在下落过程中给航空母舰的结构造成了相当大的破坏，使数层舱壁和好几个弹簧门破裂，在船体内撕开了几个大口子。弹片和其他碎片四处乱飞，引起了大火，并造成了人员的伤亡。尽管这一击未使“约克城”号严重失去战斗力，但却使其航速降到25节。由于航空母舰的装甲不厚，只能靠速度来保护自己，因此，速度的减低就大大降低了它的战斗力，影响了它的安全。
第二颗炸弹擦过前右航炮台走道的舷外舱口栏板在舰艏爆炸，炸瘪了航空母舰“装甲带的下沿”，使横架和舱壁起皱内陷，有几处舱壁与舰体分离。这一颗炸弹造成的最严重后果是油从舰体裂缝中流出，在舰艉海域形成了一片浮油区。
第三颗炸弹在离舰艏很近的水面上爆炸，炸弹的弹片在舰体上穿了四五个洞，并划破了军舰的油管。但是总的看来，这一差点儿命中的炸弹造成的损失较小。
虽然“约克城”号修理的难度很大，但是，尼米兹本人和珍珠港海军船厂厂长威廉·雷亚·弗朗海军少将的修船队都想力争使“约克城”号参战。如果没有“约克城”号参战，那么，中途岛附近的航空母舰之比将成为日军4或5艘，美军2艘。这样，力量对比悬殊太大，会对美军官兵的士气产生不良影响。
5月28日6时45分，“约克城”号从第十六号泊位转入一号干坞。刚刚停稳，几百名电工、装配工、机械工、电焊工及其他工种的工人便蜂拥而上——弗朗海军少将尽其所能抽调了各种机修工登舰抢修，围着“约克城”号转的各种人员多达1400余人。霎时间，舰上到处飘落着电焊的火花，到处可闻铆钉枪发出的嗒嗒声。由于时间太紧，不可能像往常那样先进行设计，再按比例作图。为了抢时间，他们把需要替换的部件先在舰上放大样，之后迅速送修理车间依样加工，做好后旋即拿回换上。
在“约克城”号接受维修的同时，斯普鲁恩斯的第16特混舰队开始出海。
8时50分，拖轮开始撤除“企业”号