フレンチ・フリゲート礁攻撃を目前にして米潜水艦に探知されたのは、同地爆撃へ向かっていた第三機動艦隊であった。
　発見された時、参謀の間に作戦を中止するべきという声が出た。
　しかし、艦隊司令長官の原忠一中将は作戦を続行した。
　これは、米機動部隊がパールハーバーを出港してくるまでに時間がかかると考えたからだ。また、潜水艦にとって大敵である二つの基地を攻撃するう戦略的価値にも注目していた。ただし、念を入れて作戦開始時刻を繰り上げたが。
　そして、予定より３時間早く、第一波攻撃隊が出撃した。
　この時、フレンチ・フリゲート礁には水上機母艦、駆逐艦、敷設艦各一隻の計３隻の艦艇と６機の飛行艇が配備されていたが、この内飛行艇は潜水艦の報告を受けて全機哨戒に出撃しており、礁内にいたのは艦艇のみであった。
　１２０機の第一波攻撃隊はこの艦艇と環礁内の諸施設を攻撃。これらを全滅させた。
　戦果確認終了後、第三機動艦隊は全速で現海域を離脱した。
　こうして、作戦第一段は大成功に終わった。


　
　続いて、第一、第二機動艦隊によるミッドウエーへの攻撃も行われた。
こちらは９６機の第一波、８７機の第二派と分散攻撃を行った。結果は猛烈な砲火と、迎撃戦闘機の待ち伏せを受けた。
　しかし、幸いな事に同地米軍航空隊の戦闘機は型落ちした形式ばかりであり、また対空砲火も新型の日本機のスピードについていけなかった。それでも、未帰還は両攻撃隊合計２０機を出した。
　滑走路を始め、格納庫や管制塔、弾薬庫等の航空機関係施設が集中的に狙われた。
　この攻撃でミッドウエイの基地施設ならびに航空隊は壊滅した。
　こうして、米軍は２ヶ所の目を潰された事となる。しかし、そのミッドウエイ空襲前に発進したPBYカタリナが航空機を収容中の第二機動艦隊を発見した。
　PBYは直掩の零戦に撃墜されたが、それまでに太平洋艦隊司令部に宛３通の発見電を発信した。既に出撃していた米機動艦隊は直ちに北上を開始した。
　一方、この米機動艦隊も、日本の伊号２１潜水艦に捕捉された。
　日本側は３つの機動部隊の集合を急ぐとともに、その後伊号２１が見失った米機動艦隊発見に全力を注ぐ事となった。
　しかし、一日目は両軍ともそれ以上の捕捉は出来ず、機動部隊同士の対決は２日目に持ち越された。