刚从印度洋返回日本，南云就从山本大将处直接领受了新任务：率领机动部队，在6月4日进抵中途岛海域，用舰载机摧毁美军基地设施，掩护一支陆军登岛；同时相机与美军航空母舰特混舰队决战，消灭其航空母舰。身为帝国海军将领及千千万万山本崇拜者中的一员，南云除了服从以外，没有对山本庞大却漏洞百出的计划提出任何异议。
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。