当日本大本营与英美开战的战略方针确立后，山本便一改初衷，竭尽全力策划组织对美国的作战方针，那就是以突袭手段力求在开战初期就一举全歼或重创美国太平洋舰队，确立起日本的军事优势，并不断对美国实施主动进攻，使其无法积蓄起足够与日本对抗的力量，从而赢得战争的胜利。而这一战略的第一步就是一场赌博——对美国太平洋舰队的突袭。
日本海军传统的战略是在马绍尔群岛以北、马里亚纳群岛以西与美军太平洋舰队进行以战列舰为主力的舰队决战，但山本在多次海上演习、图上演练和兵棋作业中感觉到这种战略很难一举歼灭美军舰队，而战争一旦旷日持久，以美国的强大经济实力和军事力量，日本要想取得战争胜利，是不可能的。所以他极力主张在战争开始之初就以先发制人的偷袭，一举消灭美军太平洋舰队主力。
山本亲自挑选并任命海军航空兵中具有3000小时飞行经验的顶尖飞行员渊田美津雄中佐担任训练总教官，负责对飞行员的训练。针对珍珠港水深仅10至12米的地形特点，鱼雷机飞行员集中在地形近似珍珠港的鹿儿岛的樱岛训练时，投雷高度从1000米逐渐下降，最后一直降低到20米。鱼雷机训练基本动作完全模拟实战，保证了鱼雷机在20米高度投雷60%的命中率。
先遣队的27艘潜艇都于当天夜间到达指定位置，第一分队4艘在瓦胡岛以北海域，第二分队7艘封锁珍珠港东西海峡，第三分队9艘监视珍珠港的入口。其中伊—71号潜艇向编队报告瓦胡岛西北的拉哈纳锚地没有舰艇停泊。也就是说所有的美舰都停泊在珍珠港内。于是突击编队的所有进攻力量都集中用于珍珠港。特别攻击队的5艘潜艇分别放出所携带的袖珍潜艇，由袖珍潜艇自行设法潜入港内。
七时五十三分，渊田见美军毫无防备，知道攻击必然成功，便不等战斗打响，就急不可耐地命令拍发胜利密码：托拉！托拉！托拉！意为虎！虎！虎！令人惊奇的是，九七式飞机功率并不大的机载电台所发出的电波竟穿越漫漫太平洋，被远在万里之外的“大和”号战列舰接收到。七时五十五分，俯冲轰炸机首先从4000米高度向希凯姆机场、惠勒机场、福特岛机场进行大角度俯冲投弹。
整个空袭行动持续约两小时，真正的攻击时间约一小时三十分。日军共消耗鱼雷40条，各种炸弹556枚，总计约144吨。战斗中损失飞机29架，由于日军飞行员都抱着必死的决心，全都不带降落伞，所以机上55名飞行员全部阵亡。加上起飞时有1架飞机因故障坠毁，返航时有2架飞机因迷航而坠毁，总共损失飞机32架。还损失1艘大型潜艇和5艘袖珍潜艇，阵亡艇员77人，被俘1人。总计人员损失133人。
