12月2日，正当南云机动部队刚刚越过东西经日期变更线，进入中途岛以北的西经海域时，山本用新密码给南云发出来密令：“攀登新高峰1208”，意即按原计划12月8日（夏威夷时间12月7日）发起攻击。南云随即下令各舰长熄灯行驶，并把“Z作战计划”行动向全体官兵传达。随时作好战斗准备。12月3日，南云机动部队转向东南。12月6日，油船给部队加满了最后一次油，离开编队。作战部队随即转向正南，航速增加到28节，高速逼近珍珠港。
这天是夏威夷的周末，机动部队距离夏威夷已经很近，几乎能清楚地收听到那里的广播，听到当地举行的美国全军足球联赛的实况转播、音乐和广告节目。瓦胡岛上一片平静，未实行灯火管制，说明珍珠港没有特殊警戒，一切照常。珍珠港一带这时已进入黄昏，不久，一轮红日将从东方冉冉升起。美国珍珠港舰队规定，星期六可以有半数舰上人员登岸，周末的市区热闹非凡，各个夜总会里轻歌曼舞，好一派欢快、甜蜜的和平。太平洋舰队90多艘舰艇的灯影在港内波光粼粼的水面上静静地荡漾着。在这天，舰艇上的灯光远比往常的周末多，因为自1941年7月4日以来，太平洋舰队的全部战列舰都在周末停泊于港内，这还是第一次。以往这些战列舰队轮流停泊在港内。这天晚上军官俱乐部等游乐场所显得比往常格外热闹和拥挤。
12月8日（夏威夷时间12月7日）黎明，南云机动部队悄悄地到达珍珠港以北约230海里处。航空母舰开始转变航向，朝北逆风行驶。南云的旗舰“赤城”号升起了“Z”字旗。30多年前日俄对马海战前，东乡平八郎海军上将就在挂有“Z”字旗的“三笠”号旗舰上，发出“皇国兴亡在此一举，吾军将士尽须努力奋战”的号令。此时的机动部队已完成一切出击准备，全队肃静无声，在洒满月光的海面上静悄悄地等待着。
此时美军太平洋舰队停泊在珍珠港内的舰船计有战列舰8艘、重巡洋舰2艘、轻巡洋舰6艘、驱逐舰29艘、潜艇5艘、辅助舰船30艘。岸上机场停有飞机262架，其余的2艘航空母舰、8艘重巡洋艇和14艘驱逐舰分别在威克岛、中途岛运送飞机，以及在约翰斯顿岛演习。
夏威夷时间12月7日早上6时，南云机动部队接到了进攻命令，各航空母舰飞行甲板上的绿灯亮了，飞机一架接一架飞离航母，不到15分钟，担任第一批攻击任务的183架飞机就全部飞离甲板，其中战斗机43架、水平轰炸机49架、鱼雷机40架、俯冲轰炸机51架，在领航机信号灯导引下，迅速编好队形，然后绕舰飞行一周，在渊田美津雄海军少佐的率领下扑向珍珠港。
战争的利刃已经挥舞到夏威夷，屠刀正节节逼近瓦胡岛！然而，珍珠港仍一派假日景象：港内大小96艘美国军舰一动不动地“睡”在那里，有些水兵还在醉醺醺地闲逛。许多昨夜寻欢作乐的军官尚未起床，电台播放着轻音乐，教堂的钟声柔和地在涟漪的水面上缭绕荡漾……
其实，在气势汹汹的日机大编队兵临城下之前，珍珠港已不平静。6时30分，港外发现日本潜艇，美驱逐舰“守护人”号立即实施深水炸弹攻击，随着一阵阵沉闷的爆炸声，一艘日本特种潜艇被击中，海面上漂起一层油污。同时，美巡逻机在防御水域内又击沉了一艘来历不明的潜艇。
珍珠港晨7时02分，设在奥帕纳山岗上的雷达站已按规定关闭，两名新兵出于好奇，又打开了雷达。突然，雷达屏上出现了一堆堆闪闪发光的斑点——一支机群正朝瓦胡岛方向飞来。他们将这一发现马上报告了值班的泰勒中尉，岂料中尉却将两人嘲弄了一番：“少为这事操心吧”原来，美国有一支飞行队预计12月7日晨7时抵珍珠港，这位中尉曾与其中一位驾驶“B－17”轰炸机的朋友相约：飞机来时通宵播放夏威夷音乐。当他接到这两位新兵的报告时，泰勒正陶醉在无线电传来的夏威夷音乐中，盲目坚信是自己的“B－17”式轰炸机群正向珍珠港飞来。而受到嘲弄的两个新兵，眼瞅着雷达屏上的机群越来越近，心急如火，束手无策。7时25分，日机群离瓦胡岛100公里；7时30分，相距75公里；7时39分，相距35公里……就这样珍珠港错过了最后一次机会。
云彩渐渐消散，视线越来越开阔，珍珠港上空晴朗异常，一片静谧。7时49分，渊田美津雄少佐，这位偷袭珍珠港日本海军空中攻击队的总指挥发出突击信号，命令各飞行突击队立即展开攻击队形，俯冲轰炸机队率先顺山谷进入。信号弹划破天际，在它咝咝的哨音带动下，山呼海啸般的爆炸声揭开了太平洋战争的序幕。
7时55分，俯冲轰炸机群如晴天霹雳一样，骤然出现在美军的机场上空。成批的炸弹如暴雨般倾泻到美太平洋舰队基地四周的希凯姆机场、惠列尔机场和福特岛机场，在巨大的爆炸声中，浓烟四起，火团升腾，到处是熊熊燃烧的飞机，跑道和其他设施也都被破坏。仅仅几分钟，瓦胡岛的美国空军力量完全陷入了瘫痪，日本人彻底敲掉了珍珠港的防空设施。渊田在他的座机上观察了美国人挨炸的情况后，向“赤城”号航空母舰上的南云拍发了袭击成功的信号：“虎！虎！虎！”
联合舰队司令官山本五十六和他的参谋们，从凌晨2时起，就在停泊在明湾的旗舰“长门”号上坐着等候消息，他们静静地等待，表情显出了焦急和不安。“奇袭成功了！”他们收到了渊田发出的奇袭成功的预定信号，“托拉！托拉！托拉！”参谋军官们欣喜若狂，山本则如释重负。每隔几分钟，话筒里就重复一次前方飞机传来的捷报和美国人惊慌失措的情况。
7时57分，日本鱼雷机从四面八方拥来，发出刺耳的尖厉的声音，低空接近美军的“战舰大街”。“战舰大街”是福特岛与美国海军工厂之间的一条航道。在日本偷袭的8艘美国战列舰中，其中有7艘停泊在“战舰大街”上。先后排列的有“加里福尼亚”号、“内华达”号、“马里兰”号、“俄克拉荷马”号、“田纳西”号、“西弗吉尼亚”号和“亚利桑纳”号，与这7艘战列舰排在一起的还有一艘修理船。第八艘战列舰，太平洋舰队的旗舰“宾西法尼亚”号，已进入到对岸的海军工厂的船坞小修，在它原来的位置上，改由轻巡洋舰“海伦娜”号停泊。在岛北和西南，停有轻、重巡洋舰、驱逐舰以及各类工作船。日机在仅仅掠过水面12米的高度上，向福特岛东西两侧的美国军舰发射鱼雷。倾刻间水中白色的雷迹交叉纵横，停在外侧的战舰纷纷发出轰然巨响，水柱四起，火光冲天。
与此同时，日本俯冲轰炸机和几十架高空飞行的水平轰炸机穿梭来袭，停在里侧的“马里兰”号、“田纳西”号和“亚利桑纳”号无一幸免。惟一例外的是美军的旗舰“宾西法尼亚”号。由于它临时改变了泊位，才幸免击沉，但也在船坞中中弹受伤。在一片混乱中，停泊在最里面的“内华达”号趁机逃向港口，但立即遭到日机的围歼，险些堵住了进口处。“亚利桑纳”号由于烟囱被水平轰炸机的穿甲弹命中，燃料舱和轮机舱起火爆炸。
8时05分，日本水平轰炸机从正西方向进入，再次轰炸了福特岛东侧停泊的战列舰，同时轰炸了高炮火力集中的依瓦机场。日本飞机将炸弹、鱼雷像冰雹般地投向目标，港湾内发出惊天动地的连锁爆炸，一股巨大的黑中加红的烟柱腾空而起，高达千米，在港口几海里以外的飞机上都能感到爆炸时的冲击波。大火引起的烟雾遮蔽了整个珍珠港，不少美国军舰来不及作战斗准备就沉入海底。
面对突然性的袭击，美军混乱不堪，惊慌失措，毫无招架之力。岛上高射炮直至5分钟后才零星射击，33个高炮连，仅有4个连开火，但击落日机甚少。港内的军舰在最初的几分钟内，几乎没人能够意识到正在发生什么事情。排列在舰列最后的战列舰“内华达”号刚升起舰旗，就被日机上的机关炮刹那间撕得粉碎，大惊失色的升旗手紧接着又升起几面星条旗，无一不被打烂。当第一枚鱼雷命中战列舰“亚利桑纳”号时，美国人还是一副难以置信的表情。当战列舰“马里兰”号正在升旗时，一名水兵漫不经心地对着一群冲向附近机场的飞机看了一眼，还以为是自己的飞机，没等他回过神来，炸弹已落在头上。直到8时，美太平洋舰队司令部才把一份十万火急的电报发往海军部：“珍珠港遭空袭，这不是演习。”此时，“俄克拉荷马”号和“西弗吉尼亚”号已被炸裂了。到这时，美军舰上惊魂初定的高射炮手才投入战斗，但收效甚微。
8时15分，美军未遭日机轰炸的哈罗瓦机场起飞了4架战斗机，此后陆续起飞25架。与日军飞机展开了空战，但由于寡不敌众，仓促应战，协同不好，因而或被日军战斗机击落，或被美军自己的高射炮击毁。正在返航的美航空母舰“企业”号上18架俯冲轰炸机和从美国本土飞来的12架“空中堡垒”式飞机，刚飞到珍珠港上空，就遭到日本“零”式战斗机的攻击。一名美军飞行员喊道：“不要开炮！不要开炮！这是美国飞机！”话音刚落，他的无线电波就消失了。将近2个小时，日本人控制着珍珠港的海空，随心所欲地进行着轰炸扫射。
第一攻击波于8时40分结束，日机顺利完成首次空袭任务后安然返航。之后有一个短暂的瞬间，攻势稍有减弱。紧接着，日军担任第二批攻击的167架飞机，于7时15分起飞，8时48分展开攻击队形，从瓦胡岛东部进入。8时55分开始攻击，俯冲轰炸机主要攻击浓烟滚滚的美国舰船，水平轰炸机则继续攻击各机场，战斗机担任空中掩护。与此同时，潜入珍珠港内的日本袖珍潜艇施放水雷，发射鱼雷，攻击美舰，封锁港口。
8时50分（华盛顿时间当天下午1时50分），正当日本第二攻击波飞机飞临瓦胡岛上空时，美国国务卿赫尔才接到野村大使和来栖特使递交的最后通牒。日本外交部规定递交通牒的时间是华盛顿时间下午1时，延误了50分钟，目的是把袭击时间保持到开战前半小时，避免“偷袭”和“不宣而战”的臭名。
10时整，日本飞机全部撤离珍珠港，返回母舰。得意扬扬的渊田要求南云再发起一次攻击，摧毁珍珠港的修船厂和油库，并建议派出搜索机，搜寻美航空母舰。南云没有同意，认为这一战，舰船油料几乎耗尽，如果在这里耽搁，舰船就开不回去了。于是他下令北撤。同来时一样，日本舰队迅速地，静悄悄地溜走了。而此时美国人几乎还处在目瞪口呆之中。
这是一场海上、水下、空中闪电式的立体袭击战，在短短的1个多小时里，日军共投掷鱼雷40枚，各型炸弹556枚，共计144吨。击沉、击伤美军各型舰船总计40余艘，其中击沉战列舰4艘、重巡洋舰2艘、轻巡洋舰2艘、驱逐舰2艘和油船1艘；重创战列舰3艘、巡洋舰2艘和驱逐舰2艘；击伤重巡洋舰1艘、轻巡洋舰4艘、驱逐舰1艘和辅助船5艘。击毁飞机265架。美军伤亡惨重，总计2403人阵亡，1778人受伤。美国太平洋舰队元气大伤，几乎全军覆没。太平洋舰队的战斗力下降了80％～90％，超过了美国海军在第一次世界大战中所受损失的总和。
而日军只有29架飞机被击毁，70架被击伤，55名飞行员死亡，5艘袖珍潜艇被击毁，1艘袖珍潜艇被俘。日本联合舰队司令官山本五十六赢得了这场赌博，这是他最为冒险、收益最大的一次赌博，这一赌使他名震世界海战史。
太平洋舰队所幸运的是3艘航空母舰全部安然无损地保存下来了。当然，这完全是由于偶然的原因造成的。“企业”号正在从威克岛返航珍珠港的途中，迟到了十几个小时，躲过了这场灾难。傍晚，天空已经昏暗下来的时候，“企业”号驶入珍珠港。在它经常停靠的泊位上，靶舰“犹他”号被炸沉，无声地沉没在碧波中。“列克星敦”号离开珍珠港去向中途岛运送飞机。“大黄蜂”号在美国西海岸进行检修。还有部分巡洋舰，有的出去护卫舰队以及海上运输队，有的出外演习，有的有特殊任务等，轰炸时不在港内，因此逃脱了葬身海底的灾难。
珍珠港的炸弹把美国人从绥靖梦幻中惊醒，使国内鼓吹“孤立主义”的人来了一个180°的大转弯。第二天，美国总统罗斯福发表演说，宣布12月7日为国耻日，并正式向日本宣战。至此，美国正式参加了第二次世界大战。12月9日，中国对德意日宣战。接着，英国、加拿大、澳大利亚、荷兰、新西兰、南非联邦、古巴、尼加拉瓜、巴拿马、萨尔瓦多、自由法国和波兰等20多个国家相继对日宣战。从此，第二次世界大战名副其实地成为“全球战争”了。
日本偷袭珍珠港，宣告了太平洋战争的爆发。日本在袭击美国太平洋舰队的同时，还出动大批军队向东南亚和西太平洋岛屿大举进攻。开战后头5个月，美、英、法、荷四国在这一地区的殖民地、岛屿和军事基地，几乎全部落入日军之手。
日本偷袭珍珠港，是帝国主义在外交谈判的掩护下，极为秘密地制定的作战计划，大规模地组织调动军事力量，有的放矢地训练海空攻击部队，是突然袭击的一个典型战例。这一战役是诡秘与奸诈、精明与大胆、科学与巧合、必然与偶然的混合体，是一系列冒险因素的集大成者，是在“一百万分之一的成功机会中”取得较为完美战果的一次前所未有的大规模的海空偷袭作战。
日本偷袭珍珠港成功的原因是多方面的，除日本本身在军事上进行充分准备、精心计划、严密组织和在政治外交上进行欺诈外，与美国政府长期实行绥靖政策，战略判断失误，临战麻痹大意，战备工作懈怠是有密切关系的。战前，美军曾多次截获有关日军准备袭击珍珠港的情报，但领导人却充耳不闻，视而不见。自恃兵力强大而盲目乐观，认为日本不敢冒犯美国。美国在战略判断上出现这种偏差，思想根源在于想坐收渔利，搞“远东慕尼黑”阴谋。二战爆发后，美国趁机大做军火生意，大发战争横财；竭力逃避战争，明里暗里姑息日本，并以牺牲中国和解除经济制裁为诱饵和解与日本的紧张关系，一厢情愿地指望日本向北进攻前苏联。正是因为如此，美军上下思想懈怠，丧失警惕，无所防范，终落个舰队沉没珍珠港之厄运。太平洋战争爆发后，美国总统罗斯福忧伤地说：“要牢记珍珠港事件！”这虽为时已晚，无法挽回可以避免的损失，但给后世军事家留下了极其深刻的历史教训。
日本经过长期周密准备，取得了偷袭珍珠港及太平洋战争初期的重大军事胜利，初步实现了建立“大东亚共荣圈”的迷梦。但从战略上看，扩大战争对日本这一岛国并不十分有利。战线拉长，兵力分散，兵员枯竭，保障困难，树敌太多。被侵占国家和地区的人民同仇敌忾，奋起抗战，这就极大地牵制和消耗了日军有生力量，为美、英在太平洋上组织力量进行反攻创造有利的条件和态势。
