1941年9月，日本海軍聯合艦隊司令山本五十六提出了代號為“Z”的作戰計劃，準備使用海軍艦載飛機，突襲美國夏威夷珍珠港海軍基地，摧毀美國的太平洋艦隊，消除對日本的威脅，保障日軍順利攻佔菲律賓、馬來亞、荷屬東印度等地。
日本海軍聯合作戰艦隊由6艘航空母艦“赤城”號、“加賀”號、“蒼龍”號、“飛龍”號、“翔鶴”號、“瑞鶴”號及2艘戰列艦、2艘重巡洋艦、1艘輕巡洋艦、9艘驅逐艦、3艘大型潛艇、8艘油船組成，共31艘艦艇，艦載機432架。南雲率領6艘航空母艦組成突擊隊，三川率領2艘戰列艦、2艘重巡洋艦組成支援隊。從9月開始，日本海軍航空兵部隊在與作戰地區地形近似的鹿兒島進行了緊張的轟炸和低空投放魚雷訓練，井針對珍珠港水深僅12米的情況，研製了專門的淺水魚雷。
11月5日，山本向艦隊宣佈日本將於12月上旬向英、美、荷開戰。11月22日，突擊艦隊集結於千島群島擇捉島的單冠灣。11月25日，山本下令突擊隊沿偏僻的北航線向夏威夷進發。經過12天，航行6667千米，中途4次加油，採取嚴格的無線電靜默，12月7日晨4時30分，順利到達珍珠港以北370千米的預定海域。5時30分，艦隊派出2架水上飛機進行戰前偵察。6時整，艦隊航空兵指揮官淵田美智雄中校率第一波183架飛機由母艦起飛，向珍珠港所在地瓦胡島飛去。機群包括水平轟炸機49架、魚雷轟炸機40架、俯衝轟炸機51架、““零”式戰鬥機43架。島上的美軍雷達站發現北方有大編隊飛機臨近，立即向警報中心報告。值班軍官泰勒少尉誤認為是由加利福尼亞州轉場來的B- 17機群，答覆說不必擔心。7時49分，第一波開始攻擊。俯衝轟炸機由4000米俯衝至1500米攻擊機場和航空站;魚雷轟炸機分兩批在15 ~ 30米高度低空攻擊軍艦;隨後水平轟炸機由4000米高空單機跟進，再次突擊軍艦，戰鬥機也投入攻擊地面目標。攻擊至8時40分結束。在日機強大的攻勢中，瓦胡島的福特機場、希卡姆機場、惠勒機場的一架架重型轟炸機和殲擊機幾乎全部被炸燬。第二波170 架飛機由島崎中校率領，水平轟炸機54架、俯衝轟炸機80架、“零”式戰鬥機36架，7時15分起飛，8時54分開始攻擊。魚雷機和高空轟炸機對“加利福尼亞”號，“亞利桑那”號、“田納西”號等戰艦進行襲擊。“亞利桑那”號被5顆炸彈命中，其中一顆炸彈穿過前甲板鑽進了燃料儲藏艙，引起大火。後艙儲存的1600磅黑色炸藥發生爆炸，並且引發了前艙的幾百噸無煙火藥。“ 亞利桑那”號猶如火山爆發，幾乎蹦離水面，裂成兩半。只過了9分鐘，這艘3.26萬噸的巨型軍艦就葬身海底，艦上1500多名官兵無一生還。“內華達”號左舷中了一枚魚雷， 後甲板上中了一顆炸彈，船首馬上下沉。艦上的官兵紛紛棄艦跳海逃生，大多數慘死在火海中。9時45分攻擊結束。
第一波10時左右，第二波12時左右，日戰機先後返回母艦。參加突擊的共353架飛機，另有35架在艦隊上空掩護，40架作為預備隊。空襲前後歷時1小時50分，共投魚雷50枚、炸彈556顆。美軍在港8艘戰列艦4沉4傷，4艘巡洋艦1沉3傷，3艘驅逐艦2沉1傷，輔助艦被毀8艘。駐島飛機370架中被毀188架、傷63架，佔70%。人員死亡2403人、傷1178人。 日機共損失29架，亡25人; 2架水平轟炸機迷航墜海。日軍還被擊沉大型潛艇1艘、小型潛艇4艘，另1艘小型潛艇觸礁被俘。
由於對日軍偷襲毫無戒備，美軍機場和港口只有少數人員作例行的戰鬥值班，高射炮陣地的彈藥都鎖進了中心彈藥倉庫。珍珠港內各艦上780挺高射機槍有3/4無人值班，陸軍的31門高射炮只有4門在陣地上。空襲開始時，美軍艦船不能開動，飛機不能起飛，通訊指揮中斷，一片混亂。島上高射炮在空襲開始5分鐘後才匆忙射擊，20分鐘後才有30餘架美機升空迎戰，但因倉促上陣，不是被擊毀，就是被自己的高射炮擊落，幾乎全部殉難。美軍3艘航空母艦在外海未歸而沒有損失。9時45分，淵田在飛機上繞珍珠港一圈，拍下已經斜沉的戰列艦和3艘已負重傷的巡洋艦慘況，同時攝下全部被炸燬的美軍飛機和機場。然後，向山本五十六發出電報:“我奇襲成功”。前後不過2小時，日本海軍便奪得西太平洋的主動權，使美太平洋艦隊近半年不能作戰。日本機群返回母艦後，淵田等建議再次出擊，徹底摧毀瓦胡島上殘留目標。但南雲認為:攻擊已達預期目的，再次攻擊必將增大損失。下午1時30分下令艦隊沿原航線返航，12月24日返回日本。
