這雖然僅僅是一種分析和預感，但尼米茲將軍還是放下手上繁忙的工作，決定親自前往中途島。5月2日，尼米茲帶著參謀人員飛往中途島，詳細視察了島上的全部防禦工事，包括炮兵掩體、飛機庫和指揮所，特別是同檀香山聯係的海底電纜係統，視察了島上的海軍陸戰隊，詢問了島上守軍們需要的物資，並滿足了他們的要求。尼米茲將軍的到來提高了守島部隊的警惕性，也增強了他們守島的決心。
對日本海軍進攻的目標，美國其他部門也有種種估計。美國陸軍航空兵估計日軍要襲擊舊金山，或美國西海岸其他城市，因此不同意把尼米茲將軍所需要的轟炸機如數撥給他。麥克阿瑟將軍則認為，日軍將會對新幾內亞和所羅門地區進攻，遂致電陸軍部，要求派遣增援部隊、航空母艦和大量飛機。英國人卻堅持認為，日軍下一步將會再度進入印度洋。種種說法，莫衷一是，各有各的理由和根據。總之，每種意見都以強調自己的防禦為重點。
尼米茲將軍迫切需要一個準確的判斷，以證明自己的估計。
在美軍將領中，尼米茲敏銳的判斷能力是出類拔萃的。他非常注意情報的收集工作，尤其是對日軍電報的破譯工作，表現出特別的興趣。
太平洋浩瀚無際，在如此廣闊的戰場要掌握日軍的動向和具體的進攻目標，顯然是極其困難的，當然也就顯得十分重要。況且，美國太平洋艦隊尚處在弱勢，更需要做到知己知彼，才能掌握戰場上的主動。
正因為如此，在美國海軍太平洋基地艦隊作戰情報處工作的羅徹福特中校，受到尼米茲特別的青睞。羅徹福特本人是個傑出的密碼分析專家，軍銜不高，但與尼米茲上將有著密切的接觸，屬於那種隨時都可以敲開尼米茲上將辦公室門的人物。
羅徹福特中校領導著一個密碼破譯小組。在珍珠港一個地下密室裏，他帶著二十幾位訓練有素的情報人員，整天埋在堆積如山的文件中，24小時戴著耳機，監聽日軍往來的電文。這些人都有超過常人的想象力，具有嚴密的分析能力，對數字和繁雜的細節特別敏感。地下室有著嚴格的警衛措施，每道門上都加了雙鎖，配有專門的警衛。
1942年3月4日，情報處截收到日軍的一封電報，電報中第一次出現“AF”這個代號。經過分析，羅徹福特中校暫時確定為中途島，並向尼米茲上報，上將對羅徹福特的估計很感興趣。
1942年四五月間，日本聯合艦隊異常頻繁而神秘的電報，引起羅徹福特中校的高度警惕。情報處通過偵訊電台，截獲到大量無線電通信密碼，比如破譯出的一份日軍密電，披露了聯合艦隊正請求東京“迅速提供加油管”等，這就預示著日軍近期將在太平洋中部采取一次大規模軍事行動。
但對日軍準備進行攻擊的地點，情報處一時還確定不了。尼米茲上將接到羅徹福特的報告，立即表現出對此事的特別關注。他深知日本人素來喜歡搞突然襲擊，孤注一擲，便命令羅徹福特加緊破譯工作，無論如何也要從蛛絲馬跡中，揭開日本人行動的秘密。
羅徹福特驚奇地發現，“AF”兩個字母在日本人往來的電報中經常出現，難道日本人下個攻擊目標是中途島？後來，據對日軍無線電電訊分析得知，大批日軍艦隻正在本國海域和馬裏亞納群島集結，羅徹福特和他的助手們推測日軍確有攻占中途島的企圖。
羅徹福特之所以判斷“AF”指的是日本人將要進攻的地點，是有他的根據的。從破譯的日本電文記錄中可以發現，日軍通常以A字起頭的字母組合，標出美軍在太平洋海區的部署，如日軍曾以“AH”代表珍珠港，以“AG”代表馬紹爾群島空軍基地等。而估計“AF”指的是中途島的依據是，羅徹福特曾截獲日軍一份電文，上麵說“命令水上飛機到‘AF’附近的一個珊瑚小島，由潛艦補充燃料”，經查明證實，這個珊瑚島就是位於中途島和夏威夷中間的弗裏格特環礁，從而推斷出“AF”一定是中途島的代號。
5月20日，情報處截收到日軍一封長電報，這是聯合艦隊旗艦發給下屬各艦隊的，電報多處提到“AF”，顯然，這是山本在下令實施一項作戰計劃。因此，最後確定“AF”是什麼地方，對尼米茲來說是個非常重要且迫切的事情。
密碼破譯員夜以繼日地工作著，他們煞費苦心地要破譯日軍作戰計劃。羅徹福特也為最後證實“AF”是中途島絞盡腦汁。他突然想出一個能確切證明“AF”是不是中途島的辦法。
1942年5月10日，他向尼米茲的情報參謀萊頓建議：指示中途島美軍指揮官，用普通英文明碼向珍珠港發來電文，就說島上的造水蒸餾塔壞掉了。為了進一步迷惑日軍，讓第14海區司令部立即回電說，有一艘供水船正前往該島緊急供水，以此觀察日軍無線電通信係統的反應。
尼米茲上將微笑著批準了這個計劃，命令中途島守軍立即照辦。
美軍這份“誘餌”電報發出24小時後，駐守威克島上的日軍，向日軍大本營發出了“AF”顯然缺水的電報，接著日軍聯合艦隊司令部發出命令，參加艦船要多帶水。一個小小的圈套，確定無疑地證實了“AF”就是中途島。
羅徹福特中校領導情報組，以“AF”為突破口，順藤摸瓜，破譯出日軍的詳細作戰計劃：“AF行動”進攻阿留申群島的最西部，兩艘航母在襲擊阿拉斯加的美國基地後支援這個行動。“AF行動”要求日軍艦載飛機主力襲擊中途島，為在戰列艦和巡洋艦掩護下從塞班出發的部隊登陸做準備。
5月24日，日軍最後一個關鍵的謎底，也被羅徹福特揭開了。他很有把握地對尼米茲上將說：“阿留申的港口將在6月3日遭到進攻，4日，日本艦載機攻擊部隊將要襲擊中途島。”
在美國人的眼裏，日本人已無秘密可言。
尼米茲上將立即行動起來，抓緊時間采取相應的措施。
中途島增加了守島部隊，增援了大批戰鬥機、轟炸機。此後，又從夏威夷飛來17架B-17空中堡壘式轟炸機。
尼米茲將軍感到最大的苦惱是，手中的兵力艦隻不足，他必須集中兵力給日軍一個反偷襲，出其不意打敗日軍。他命令哈爾西將軍的第16特遣艦隊和弗萊徹將軍的第17特遣艦隊，加速從南太平洋返回珍珠港。已經修複的“薩拉托加”號正在開往聖迭戈途中，菲奇將軍前往聖迭戈組建“薩拉托加”號特混艦隊。
當時，日軍有10艘航空母艦、23艘巡洋艦、11艘快速戰列艦，而美軍僅有2艘航空母艦、8艘巡洋艦、6艘戰列艦。
5月27日，美軍負了重傷的“約克城”號航空母艦駛回珍珠港。維修部門報告說，修複這艘千瘡百孔的巨型戰艦起碼得花3個月時間，尼米茲急了，斬釘截鐵地說：“我隻允許3天的時間，想盡一切辦法也要修好。”
“約克城”號剛抵達港口，數以千計的船塢工人湧上了“約克城”號，尼米茲上將穿著長褲靴，親臨船塢現場指揮。經過1天多時間，“約克城”號奇跡般地修好了。盡管還有許多毛病來不及修理，但這艘巨艦加油後，又能重返到它的戰鬥序列中，尼米茲將軍興奮不已。
“約克城”號滿載72架戰鬥機和轟炸機，在兩艘巡洋艦的陪同和6艘驅逐艦的護衛下，駛向被稱作“幸運角”的伏擊點，於6月1日與第16特遣艦隊會合。
美國軍艦要想取得伏擊的成功，保密也成了至關重要的條件，為此，它們離開夏威夷水域後，立即實行嚴格的無線電靜默。
5月27日，日本聯合艦隊陸續開始起航。這支龐大的海軍艦隊，將要消耗日本海軍過去整整一年中燒掉的燃料，而所有的艦隻目標隻有一個，就是為了控製太平洋那塊小小的珊瑚沙島，雖然它的麵積還沒有聯合艦隊甲板麵積的總和大。
率先開進瀨戶內海的是南雲中將的航空母艦艦隊，它是此次中途島之戰的主力。
山本五十六大將將聯合艦隊大致分成北、中、南三個集團。北方部隊，由第5艦隊司令細萱戍子中將率領，負責在南雲中將航母進攻中途島之前，攻占阿留申群島的阿圖島和基斯卡島，以阻止美軍由北南下，起到牽製對方的作用，在主力作戰之前發起佯攻。其編成是：大森海軍少將率領的阿圖島登陸部隊，擁有艦船8艘，陸軍登陸部隊1200餘人；大野海軍大佐率領的基斯卡島登陸部隊，由11艘艦船、1200名步兵組成；角田海軍少將率領的第2機動部隊，轄航空母艦2艘、艦載飛機80架，以及2艘重巡洋艦和3艘驅逐艦，其任務是6月4日轟炸阿留申群島的荷蘭港，進行牽製攻擊。此外，細萱戍子中將直轄8艘艦船作為補充支援力量。
南雲忠一指揮的第1航空母艦艦隊，是攻擊中途島的主力部隊，坐鎮中路，負責對中途島進行登陸前的空襲，並給予美艦隊以致命的打擊。其轄有“赤城”號、“加賀”號、“飛龍”號和“蒼龍”號4艘航空母艦，共載有戰鬥機、俯衝轟炸機和魚雷轟炸機280餘架。此外，中路還有阿部弘毅海軍少將指揮的支援部隊、木村進海軍少將指揮的警戒部隊，共擁有戰列艦2艘、輕重巡洋艦各1艘、驅逐艦11艘。