1942年5月27日清晨，南云匆匆修补好受损战舰，补足人员、飞机、油料、弹药、淡水及各种生活补给，指挥舰队从柱岛基地启航，一路成环形防潜队形，再度往东向太平洋深处进发。4万吨的重型航空母舰“赤城号”居中。在“赤城号”主桅杆上，高悬着南云的中将司令旗，这标志它是舰队的核心和旗舰。“赤城号”正后方500米处，其姊妹舰“加贺号”紧紧相随。两舰合编为第一航空战队。右侧500米处，合编为第二航空战队的“飞龙号”和“苍龙号”两舰，也亲如姊妹，前后相随，与第一航空战队并列。这4艘重型航空母舰，各携带63架飞机，其中战斗机、鱼雷机、轰炸机各占1/3，按比例编成。只“加贺号”比其余3舰多载9架鱼雷机。
紧靠4艘航空母舰外围，重巡洋舰“利根号”、“筑摩号”和战列舰“榛名号”、“雾岛号”各占一角航行；再外围，一艘轻巡洋舰率领12艘驱逐舰，围成一个纵横各3000米的大方框，严密防护着核心的航空母舰部队。在南云舰队往南一日海程处，由69艘战舰组成的中途岛攻略部队，载运5000名日本登陆兵，也在向中途岛急驶，只待南云舰队空袭成功，就在中途岛登陆；在南云舰队左侧后1000公里处，是山本亲率的主力部队38艘舰艇；由主力部队北去800公里，另有佯动部队的33艘舰艇，策应南云进攻；17艘潜水艇则在中途岛背面与珍珠港之间的航线上巡逻，监视美国海军活动。兵强马壮，后援强大，南云胜利似已在望。