但华盛顿的日美谈判还在装模作样地进行。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，以给美国造成“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（近来有历史学家认为，美国最高当局已获悉日本舰队出动的的情报，但罗斯福总统和总参谋长马歇尔决定不通知珍珠港守军，让珍珠港遭受日军的攻击，为美国参战找到借口）。
南云机动部队一直保持着无线电静默，只收不发，沿预定的北航线向东迂回前进，以避开美国的巡逻飞机和商船。航行出人预料地顺利，连日来浓云密布，如一个天然的帷幕将庞大舰队的行动遮蔽了起来。海面也没有出现冬季常常掀起的巨浪。
到了卡胡库角上空后，长田的长机开始从瓦胡岛西岸绕向珍珠港。长田用莫尔斯电码向机动部队发出命令：“托!托!托!”其含义是第一次全面攻击开始。它们的主要目标是8艘战列舰和其他军舰，以及惠勒、希卡姆等飞机场上的几百架飞机。由于日本特务吉川的长期活动和提供情报，日本侵略者对全港的情况了如指掌，战斗任务明确而具体：战斗机43架用机枪扫射机场，粉碎美机迎击；俯冲轰炸机51架，负责破坏惠勒和希卡姆等机场；鱼雷轰炸机40架和高空轰炸机49架，攻击战列舰和各类舰只。各类飞机腾空而起，在寻找自己的捕获物。
当长田中佐飞近目标时，面临着一个战术抉择。如果他判断美国人果真毫无准备，那么鱼雷机就直接向舰列飞去；否则，战斗机就应该首先消灭前来拦截的飞机。前面的天空碧蓝碧蓝的，空空荡荡一片平静。此时，仍然没有一架美国战斗机升空迎战，也没有冒起任何高射炮火的烟云。这简直令人难以置信。
长田中佐驾驶的是零式战机，这种飞机只有在进行较低航速下才具有极佳的操作性能和极小的转弯半径。但当航速达到371公里/小时时，它就会变得十分笨拙，滚翻控制就十分困难，而且这时拉动操纵杆必须付出极大的体力。
零式机向左滚翻、转弯比向右要容易得多。此外，在负加速条件下，该机的发动机极易熄火——这是它使用的浮动式化油器的最大缺点。
空战中，只要以垂直方向进行动力俯冲并打开加力，就可以迅速摆脱攻击，而零式机此时往往会突然停车。飞机还可在370公里/小时的航速时，突然向右转并横滚。零式机根本无法追上。
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，没有一点戒备。
日军发出突击信号，各飞行突击队立即展开攻击队形，俯冲轰炸机队率先顺山谷进入。成批炸弹暴雨班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，日本人彻底敲掉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！”。
，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。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。
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。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”号刚升起旗舰，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“亚利桑那”号时，美国人还是一副难以置信的表情。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。
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。
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