由于天气状况很不理想，高达每小时20节的东北风使机群花了将近30分钟才完成编队。这时，一轮红日已从东方冉冉升起．。灿烂的朝阳喷薄而出，把东边的水天照映得一片金黄。睡梦未醒的珍珠港正悠闲自得，毫不知晓灭顶之灾已经悄然到来。
虽然日军的突袭行动做得神不知鬼不觉，但事实上在那个平静的清晨，仍有许多迹象向美国作出了预报。就在凌晨1时南云的攻击机群起飞的同一时刻，在华盛顿，负责破译日本外交电报的通讯谍报处，已破译了日本政府给美国“最后通牒”的最后一部分——第14部分。该电文说：“鉴于美国政府所采取的态度，帝国政府不能不认为，即使今后继续进行谈判，亦无法达成协议。特此通知美国政府，并深表遗憾。”
情况紧急，陆军情报局远东科科长布拉顿上校立即向马歇尔参谋总长的寓所打电话。但不幸的是，马歇尔此刻正骑着他心爱的马，牵着一只白毛黑斑狗，在阿林顿公园愉快地进行着星期日早晨的散步。他对昨天晚上以来形势的发展一无所知。
而美海军作战部长斯塔克直到上午10点，才悠闲自得地到达海军部。当他看完日本最后通牒的第14部分之后，海军情报局长威尔逊向他建议：“现在是否立即用电话同金梅尔司令联系一下？”此时，正是夏威夷凌晨4：45分。斯塔克慢慢地把手伸向电话机，但忽然又缩了回来说道：“电话还是不挂了吧。”改变其主意的理由之一是：在黎明前妨碍金梅尔的睡眠是一种罪过。
马歇尔将军到达办公室的时候，已是上午11点多了。他看完破译的电文，立刻斩钉截铁地说：“各位，我确信：日本军队将在今天下午1时，或1时过后不久便开始发动攻击。我决定向全军司令发出紧急戒备的指令。”此时，恰是华盛顿时间上午11：25分，在珍珠港以北的海面上，偷袭的日军机群正从航空母舰上起飞。
马歇尔草草拟好电文，电文内容为：“日本将于东部标准时间下午1时递交最后通牒。之后，他们将按照命令立即销毁密码机。我们不清楚该时间的涵义所在，但必须酌情提高警惕。转告海军方面。马歇尔。”然后他将电文交给了布莱顿，吩咐说：“把这份电报送到发报处，用最快最安全的方法拍发给各级指挥官。”十分遗憾的是，这一指令没有使用马歇尔桌上的电话、隔壁房间的秘密电话或海军短波无线电发出。布莱顿将电文交给了陆军部信号中心，当信号中心开始工作时，严重的天电干扰影响了与夏威夷及旧金山的联系。结果发报处擅自决定通过商业通讯系统，由西部联合电信公司转发。而事实上西部电信公司要首先发往旧金山，再转给美国无线电公司，最后转给火奴鲁鲁，中间要转手3次。这样，马歇尔的电报便被人为地耽误了。当电报送达的时候，已是在珍珠港被袭7小时之后。
珍珠港时间清晨6：30分，日本的攻击机群离珍珠港只有180英里，此时正在执行巡逻任务的“沃德”号发现一艘奇怪潜艇的指挥塔。这艘潜艇是联合舰队派出的计划潜入珍珠港内进行“肉弹”攻击的5艘袖珍潜艇之一。这种袖珍潜水艇潜水时的排水量是46吨，能携带2枚鱼雷，系以电瓶为电源航行的超小型潜水艇，潜水时最高航速24节，续航力以全速航行可维持1小时半，若用慢速可维持25小时，约可行驶100海里。超小型潜艇先由母艇“伊”号潜艇携带至目的地附近，再开始自行前进。攻击珍珠港的袖珍潜水艇由5艘组成，每艇有两名人员，一名军官和一名士兵。其意图是利用袖珍潜艇的高速度和体积小难以被发现的优点，在舰队决战之前，秘密潜入珍珠港，对港内舰只进行鱼雷攻击。本来，山本对于使用袖珍潜艇并不热衷，因为一般来说，袖珍潜艇在战斗打响之后，乘员绝无生还希望。但潜艇部队决心很大，山本自然没有阻拦。12月7日下午8：46分（夏威夷时间凌晨1：16分），在距珍珠港17公里处，五艘潜艇先后离开母艇向珍珠港进发。
6：40分，“沃德”号舰长发布战斗警报，随着一阵炮击，潜艇被击沉了。舰长奥特布里奇马上向司令部发报，但泥牛入海无消息。日本的特种潜艇部队在这次袭击中毫无战果，艇上10名人员，除酒卷因其所乘潜艇搁浅得以生还外，无人幸免。如果不是美国军队官僚主义的帮忙，它几乎葬送了山本的攻击计划。
7时，日本飞机只距离珍珠港137英里了。设在瓦胡岛北端奥帕纳山岗上的雷达站按规定应该关机，但两名新兵还想继续练习。7：02分，他们发现雷达屏上出现了一堆堆闪闪发光的斑点。几经校核，他俩确认是一支庞大的机群正朝瓦胡岛的方向飞来。他们将这一发现报告了泰勒中尉：“有一大批飞机正从北面3°角方向飞来。”泰勒中尉只说了句：“好了，别管它了吧。”两名新兵眼睁睁地看着飞机逐渐临近：7：30分，47英里；7：39分，22英里。突然疾驶而来的机群一分为二，从雷达屏上消失了。
7：40分，日军飞机展开成攻击队形。渊田下令全体攻击！后座通信员立即拍发攻击命令：突！突！突！
7：53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！”。
7：55分，美军“内华达”号战列舰上的水兵们像平常一样正准备升旗，奏国歌。
突然，他们发现从东南方上空闪现出一批俯冲轰炸机，简直是从天而降，风驰电掣般紧贴海面飞行，来了个急转弯，一下子冲向机场上空。这些水兵还以为是从岸基飞来的美国机群在进行实战演习，他们在心里暗暗赞叹飞行员高超的飞行技术，有人甚至还向飞机招手大喊：“Hello
goodmorning，……”
没想到，几秒钟内，冰雹似的炸弹即倾泻而下。分布在珍珠港四周的希凯姆机场、惠列尔机场、埃瓦机场和卡内欧黑机场是日机的第一批攻击目标。为了准确地进行攻击，有的轰炸机俯冲到离地面只有几百米时才开始投弹。只见机场上空如晴天霹雳，炸弹如雨，自天而降。一架接一架整齐停放在停机坪上的重型轰炸机，被炸的四分五裂，七零八落。只有少数几架美机侥幸起飞，但马上就被高度灵活的“零”式战斗机打落。地勤人员和飞行员从被打得破烂不堪的飞机上抓起机枪进行抵抗，但根本无济于事。仅仅几分钟，美机场即被摧毁，几百架美机也成了一堆堆冒烟的残骸。此时，机场上空黑烟滚滚、硝烟弥漫，巨大的烟柱直冲天空，跑道上更是弹坑累累……
炸弹的爆炸声把星期天早晨的和平气氛一下子撕得粉碎。这时，村田率领的鱼雷机队，已经迂回到珍珠港的湾口，正从希凯姆机场那边穿过海军造船厂，进入攻击航向。村田清楚地知道，是奇袭，应首先由他的鱼雷机开始攻击。所以，希凯姆机场上空突然升起的硝烟，使他很是吃惊，一旦硝烟把海面上的战列舰给遮住，他的鱼雷机就无法下手了。于是，村田赶紧率队抄近路，在高桥攻击之后仅1分钟，就对珍珠港内的战列舰实施了鱼雷攻击。
刹那间，港内的军舰就笼罩在一片浓烟火海之中。爆炸声犹如晴天霹雳，一声接一声，熊熊大火骤然间映红了整个珍珠港。港内升起了一道道的冲天水柱，全部战列舰起火，到处是震耳欲聋的爆炸声。一时间，珍珠港浓烟滚滚，烈火熊熊，舰毁人亡，遍地血尸，惨不忍睹。爆炸声、警报声和官兵们惊慌失措的呼救声搅成一团。
97式鱼雷机群分两批从几个方向突入。首先，用16架鱼雷机对停泊的战列舰实施鱼雷攻击，其次，是用24架鱼雷机从东南方向进入，超低空接近“战列舰大道”。一等飞行兵曹森拾三驾驶鱼雷机几乎是紧贴着海面向战列舰扑去。事后，他回忆说：“忽见1艘战列舰隐隐约约地出现在我的飞机正前方，像一座巍峨的山峰耸立在飞机面前。……准备投雷……预备……放！”曹森拾三用力拉动投雷拉杆，他感到投雷的一刹那飞机如释重负，向前一跃……
97式鱼雷机在20米高度发射的装有稳定翼的特制浅水“改2”鱼雷，纷纷向周围没有布设防雷网的战列舰飞去。只见海面上蓝白色的雷迹纵横交叉，战列舰在刹那间即发出轰天巨响，水柱四起，火光冲天。
此时，渊田带领他的高空水平轰炸机队又对战列舰进行了毁灭性的高空轰炸。渊田回忆说：“4颗炸弹就像长着眼睛一样，一颗挨一颗地，一个劲儿往下落……不久，炸弹变得比豆粒还小，终于看不见了。再看那“马里兰”号的甲板，只有洗衣盆那么大，紧接着像草垫上掸起的灰尘一样，甲板上升起了两股白烟。两弹命中！”
8：10分（华盛顿时间下午1：40分），比日本外交部预定的递交最后通牒的时间晚了40分钟，此时珍珠港的战斗已经打响20分钟了。美国国务卿赫尔在接见日本代表前已经知道珍珠港遭到了偷袭，但是罗斯福总统要求他只要收下日方的答复，冷淡地把日方代表送走。于是赫尔装作认真地阅读了日方的答复，然后用难以掩饰的愤怒说：“这是我任职50年来，从未见过如此卑鄙的政府和如此虚伪歪曲的文件！”正是由于在递交正式宣战的文件之前，日本就发动了进攻，激起了美国举国上下无比的愤慨。山本在接到胜利的电文后，丝毫没有大胜的喜悦，对前来祝贺的部属只是淡淡地说：“我们只不过唤醒了一个沉睡的巨人。”
美军第五十七驱逐机中队的5位飞行员，见所在的惠列尔机场已遭严重破坏，飞机无法起飞，便立即搭乘两辆汽车冒着日机的炮火一路飞奔到偏僻的埃瓦机场，7：15分，泰勒中尉等驾驶5架P—40战斗机仓促起飞，这是美军第一批升空迎战的飞机，在巴伯斯角上空与日军12架飞机展开激战，共击落3架日机。空战中威尔少尉座机的3挺机枪中有一挺因连续发射过热卡了膛，泰勒的胳臂和大腿都受了伤。他们刚刚降落，威尔的机枪还未冷却，泰勒也还没接受急救，第二批15架日机又呼啸而至，两人又立即起飞迎敌。日机在泰勒飞机后方抢占了有利位置，正准备攻击，威尔见情况紧急迅速急转对准泰勒最具威胁的那架日机，连连开火，日机中弹起火坠毁，泰勒因此得救，威尔随即转向海上追击另一架日机，就在海岸外8000米处追上它，一阵急促而准确的射击将其击落。这批美机在空中奋力迎战，总共击落了7架日机，其中泰勒中尉、威尔少尉分别击落2架和4架，因此双双荣获优异服役十字勋章，尤其是威尔少尉取得了击落偷袭珍珠港中日军飞机的最高战绩，成为珍珠港第一英雄。美军后来又陆续从各机场起飞了25架飞机，但是由于仓促应战，准备不足，协同不好，有的被日机击落，有的被己方高炮击落，没能有效地阻止日军的攻击。