Yamaguchi se krátce vrátil do Japonska na konci dubna kvůli údržbě své flotily. V červnu 1942 byl přidělen k operaci Midway
- Ne, ne. Během bitvy, 6. června 1942, se Yamaguchi neshodl s velitelem flotily, viceadmirálem Chūichi Nagumem. Rozpoznávací letadlo objeví americkou letadlovou loď blízko Midway. V tu chvíli byly japonské letadla vyzbrojeny pro druhý útok na Midway, s bombardéry na úrovni "Kate" nesoucími bomby místo torpéd. Yamaguchi vyzval k okamžitému útoku na americkou loď, s letadly vyzbrojenými tak, jak byly, ale Nagumo se místo toho rozhodl počkat, až budou letadla znovu vyzbrojena. Krátce poté americká letadla zničila všechny japonské letadlové lodě kromě vlajkové lodi Jamagučiho "Hiryū". Yamaguchi rychle nařídil dva po sobě jdoucí útoky na Yorktown, které ho ochromily. "Hiryū" byla poté zničena letadly z roku 1917, plus některé osiřelé "Yorktown" letadla.