战役进程
11月16日，代号为“机动部队”的特混舰队在内海口集中。这是一支庞大的舰队，由海军中将南云忠一指挥，它包括6艘航空母舰、2艘配备有14英寸口径大炮的快速战列舰、2艘重型巡洋舰、1艘轻型巡洋舰、9艘驱逐舰、3艘油船和1艘给养船。
根据山本五十六的命令，南云机动部队为了隐匿作战意图，故意将各舰艇编队的出发日期错开，从17日开始，舰队陆续向集结地点——千岛群岛、南端择提岛（现属俄罗斯）的单冠湾进发。
1941年11月24日，根据山本的指令，参战舰船集结完毕并且作好远航最后准备。11月25日，山本向南云发出了绝密作战命令：“机动部队务于11月26日出发，竭力保持行动隐蔽，12月3日傍晚进入待机海域并加油完毕。”
11月26日，日本海军一支由六艘航空母舰为主力的舰队在海军中将南云忠一的指挥下离开日本向珍珠港进发。途中舰队保持完全的无线电静默。除这六艘航空母舰，日本的舰队还包括两艘战列舰、三艘巡洋舰、九艘驱逐舰和三艘潜艇。此外还有八艘油轮和两艘驱逐舰只开到北太平洋等候。
此时，身在华盛顿的日本代表还在装模作样地进行与美国人谈判。日军还派出大量舰机在日本本土活动，并模拟航空母舰编队，频繁进行无线电联络，着给美国造成“其主力舰队仍在本土活动”的错觉。而珍珠港的美军则疏于防范，周末照常放假，港内一派和平景象。
南云机动部队仍然保持着无线电静默，只收不发，沿预定的北航线向东迂回前进，以避免与美国的巡逻飞机碰面。航行出人预料地顺利，连日的阴沉天气，使海面上的能见度极差，冬季常常掀起的巨浪竟也没有出现。
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”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，油船给编队进行最后一次加油，离开编队。作战部队随即转向正南，航速增加到24节，高速逼近珍珠港。12月８日（夏威夷时间12月7日）黎明，南云机动部队到达珍珠港以北约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。
12月7日早上6时，南云机动部队接到了进攻命令，各航空母舰的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，担任第一波攻击任务的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，在渊田美津雄海军中校的率领下直扑珍珠港。
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。由于是星期天，大部分官兵离开了战斗岗位，整个珍珠港呈现出一派假日景象，大家都在享受夏威夷的美丽风光，没有一点戒备。
7时49分，日军发出突击信号，各飞行突击队立即展开攻击队形，俯冲轰炸机队率先出击。7时55分，成批炸弹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，将机场上成比翼排列的数百架美机炸成一堆堆废铁，摧毁了机库。
仅仅几分钟，日本人便完全摧毁了了珍珠港的防空设施，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！”。
7时57分，日本鱼雷机从几个方向突入，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。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。大火和爆炸引起的烟雾，顿时遮蔽了整个珍珠港，不少美国军舰来不及作战斗准备就沉入海底。８时40分，第一攻击波攻击结束，日机顺利完成首次空袭任务后安然返航。
日军担任第二波攻击的168架飞机，于7时15分起飞，８时46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。
在日机第一攻击波突然袭击开始时，美军混乱不堪，惊慌失措，毫无招架之力。岛上高射炮直至6分钟后才零星射击，33个高炮连，仅有4个连开火，但命中率极低。港内的军舰在最初的几分钟内，很多美军士兵在根本没有明白发生了什么的情况下就送了命。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烧成了灰，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“亚利桑那”号时，美国人只能惊恐万状目送它沉入大海。战列舰“马里兰”号正在升旗，一名水兵漫不经心地对一群冲向附近的机场飞机看了一眼，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，“亚利桑那”号和1000名水兵也被弹药库引发的一系列毁灭性爆炸淹没了。到这时，美军舰上惊魂初定的高射炮手才投入战斗，但奏效甚微。
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，结果不是被日军战斗机击落，就是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。一名美军飞行员喊到“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，几乎是随心所欲地进行着轰炸扫射。
８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，比战斗开始时间晚了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，赫尔顿时目瞪口呆，愤怒地说：“在我整整50年的公职生活中，从未见过这样一份充满卑鄙的谎言和歪曲的文件。”日本人无言以对，狼狈退出门去，门已关上了，这时赫尔破口大骂：“无赖，该死！”
10时整，日本飞机全部撤离珍珠港，返回母舰。得意洋洋的渊田，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。于是他下令向北撤退。同来时一样，日本舰队迅速地，静悄悄地溜走了。而此是美国人几乎还处在目瞪口呆之中，无法相信在过去两个小时中发生的事情。
这是一场海上、水下、空中闪电式的立体袭击战，在短短的的两个多小时里，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。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。
战役影响
从长期的角度来看珍珠港对日本来说是一个彻底的灾难。事实上，计划珍珠港的山本上将本人预言即使对美国海军的袭击成功，它不会，也不能赢得一场对美国的战争，因为美国的生产力实在太高了。美国海军主力舰四艘被击沉，三艘受伤。日本的主目标之一是美国的三艘航空母舰，但当时没有一艘在港内：企业号正在返回珍珠港的路上，列克星顿号数日前刚刚开出，萨拉托加号正在圣地亚哥维修。世界各地的海军和其他观察家都认为，将美国大多数战列舰创伤击沉是这个战役的最大的成果。没有了这些战列舰，美国海军只有依靠它的航空母舰和潜艇，实际上当时美国海军只有这些舰船了，而这些舰船也是抵抗和后来反击日本的主要力量。后来证明将战列舰摧毁的作用远比预想的要小得多。
最重要的可能是珍珠港事件立刻将一个本来意见不齐的国家动员起来了。它将美国团结起来，一起要战胜日本，它可能也是后来盟军要求无条件投降的原因。有些历史学家认为，不论当时日本只是击中了修理蓬还是击中了航空母舰，对珍珠港的袭击本身就已经决定了日本战败的命运。
这场战役是有历史决定性意义的。由于日本未能击沉美国的航空母舰，它只有一个小的军事作用。但即使日本击沉了美国的航空母舰，从长远角度上来看它还是不能帮助日本。这次袭击彻底地将美国和它雄厚的工业和服务经济卷入了第二次世界大战，导致了轴心国在全世界的覆灭。此后盟军的胜利和美国在国际政治上的支配性地位都是由此及彼的。
从军事史的角度来看，对珍珠港的袭击标志着航空母舰取代战列舰成为海军主力的转折点。但世界海军强大的美国对这一点一直到后来珊瑚岛海战和中途岛战役后才明白过来。
