珍珠港事件后，罗斯福决定接替金梅尔出任美太平洋舰队的司令的是切斯特·尼米兹，他对尼米兹说：“到珍珠港去收拾败局，然后留在那里，直到战争胜利。”临危受命的尼米兹到任后，短时间内就组织了4艘航空母舰及其护航舰的舰队。这支舰队袭击了在中太平洋岛屿上的日军，接着就开始轰炸东京，这一计划的实施令人震惊。
1942年4月17日，在“大黄蜂”母舰上，日本曾经授予美国人的4枚勋章也被系在了炸弹上还给日本，并用笔写道：“请尝尝轰炸的味道。”4月18日中午12时30分，从“大黄蜂”号航空母舰上起飞的16架B25式轰炸机飞临东京上空，投下炸弹和燃烧弹后顺风飞走。这次空袭给日本造成的物质损失微不足道，但在心理上极大震撼了日本朝野，也刺激了山本，坚决要攻击中途岛。
为什么选择中途岛呢？中途岛是一座直径约6海里的圆形环礁，面积只有4.7平方公里，其特殊的地理位置决定了它战略地位的重要性。该岛距美国旧金山和日本横滨均为2800海里，处于亚洲和北美之间的太平洋航线的中点，故名中途岛。
另外它距珍珠港1100海里，是美国在中太平洋地区的重要军事基地和交通枢纽，也是美军在夏威夷的门户和前哨阵地。中途岛一旦失守，美太平洋舰队的大本营珍珠港也将不保。日军若能夺占该岛，不但可以监控美太平洋舰队的位置，又可以以此为跳板进而威逼整个夏威夷。也正是因为如此，山本认为一定要攻击中途岛。
1942年3月底计划出台，4月初提交海军军令部讨论，遭到了强烈反对，原因是中途岛的距离比较远，无法得到岸基航空兵的支援，而且难以做到出其不意，退一步说，即便占领中途岛，组织防御和维持补给都是非常困难的。
但在山本的坚持下，军令部在原则上表示同意，但在战役发起时间等一些细节上还有分歧。海军的计划被日本陆军反对，主张进攻澳大利亚。东京遭到空袭后，日军大本营感到了来自东面的威胁，使一切反对中途岛作战的意见烟消云散。
4月28日，在“大和”号巨型战列舰上山本召开了海军高级将领会议，确定了进攻中途岛的具体作战计划：先派遣一支舰队进攻阿留申群岛，在该群岛的阿图岛、基斯卡岛登陆，以此为诱饵，将美军舰队的注意力引到北面去，然后以主力舰队趁机夺占中途岛。作战日期初步定在6月初。
5月5日，日本海军军令部发布了《大本营海军部第18号命令》，中途岛计划被正式批准，并被命名为“米号作战”。同时，大本营陆军参谋本部和大本营海军部签署了联合“中央协议”，规定了陆军和海军在中途岛作战中相互协作的事项。
正当山本谋划此次行动时，1942年5月7日，珊瑚海战斗爆发，这是人类历史上航空母舰的首次大规模交锋。日军在珊瑚岛海战的受挫被迫中止入侵澳大利亚，但也增强了山本征服中途岛的决心，他欲在那里建立一个飞机场，作为打击所有来自美国基地的船只。
