8：25分，日军第一波飞机开始返航。渊田则继续留在珍珠港的上空，观察战果并指挥第二波飞机的攻击。在第一波攻击中，日军损失了9架飞机，其中鱼雷机5架，战斗机3架，轰炸机1架。日军第一波的攻击目标主要是美军的战列舰。“亚利桑那”号被2条鱼雷击中，后来又被4枚800千克重磅炸弹命中，更致命的是其中一枚炸弹穿透前甲板，在弹药舱爆炸，引发了惊天动地的大爆炸，致使该舰在几分钟内沉没，全舰1000余名官兵全部牺牲，无一生还。
“西弗吉尼亚”号左舷被6条鱼雷击中，尽管官兵奋力抢救，仍无法控制其左倾，最终倾覆沉没。“西弗吉尼亚”号上的重量级拳击冠军二等炊事兵陶乐斯·米勒积极救助伤员，后又操作高射机枪猛烈射击日机，正因为他的英勇表现使他成为美国海军第一位荣获优异服役十字勋章的黑人士兵，并由继任太平洋舰队总司令的尼米兹上将亲自授勋。
“加利福尼亚”号被3条鱼雷分别击中舰桥下方、3号炮塔下方和左舷中部，并有1枚800千克炸弹穿透甲板在舱内爆炸，使得舰首上翘，不幸沉入海底。
“俄克拉荷马”号接连被3条鱼雷击中左舷，由于该舰水密性较差，爆炸又震开许多水密门，海水汹涌而入，加上舰长不在舰上，无人指挥，所以很快沉没。
“田纳西”号虽然只被3枚炸弹击中，但受到外侧“西弗吉尼亚”号沉没时的挤压，又被后面相距仅23米的“亚利桑那”号爆炸的火焰波及，引起舰上的上层的建筑多处起火，导致重创。
“马里兰”号被两枚800千克炸弹命中，是所有战列舰中受伤最轻的，也最早被修复。
“内华达”号被一条鱼雷击中左舷，幸好不是关键部位，而紧邻的“亚利桑那”号上的熊熊大火，对“内华达”号威胁甚至更甚于日机，于是实际指挥的弗郎西斯·汤姆斯海军少校果断决定起锚出港规避，水手长埃德温·希尔勇敢地跳入水中，游上码头，解开缆绳，使“内华达”号能迅速起航。
“内华达”号的突围也就成为第一波空袭中最惊心动魄的战斗，当“内华达”号在没有任何拖船协助下，倒退着离开锚地，成功驶入出港航道，四周军舰爆炸起火，灼热异常，“内华达”号上的炮手不得不抱住炮弹以免其受热爆炸。“内华达”号带着浓烟驶向造船厂前的航道最狭窄处，日军牧野三郎大尉指挥的俯冲轰炸机发现了这一情况，牧野决定利用这一机会实施集中攻击，将其击沉在航道上以彻底封闭珍珠港，为分散美军防空火力，日机从东南、西南两方向同时投入攻击，“内华达”号连中6枚炸弹，伤势严重，汤姆斯见已无突围可能，惟恐军舰在航道上沉没而堵塞航道，立即在福特岛西南浅滩抢滩搁浅。
8：40分，日军第二攻击波飞临瓦胡岛，开始第二波攻击。日军战斗机首先对空中的零星美机进行攻击，以确保掌握制空权。美军汉斯·克利斯汀少尉、乔治·怀特曼少尉和萨缪尔·比谢普少尉跳上3架P－40战斗机从瓦胡岛东部的贝洛机场强行起飞，结果汉斯·克利斯汀少尉刚爬入机舱还未开始滑行，就被日机击中，机毁人亡。其余两人尽管起飞升空，很快也不幸被日机击落。
第四十六驱逐机中队6位飞行员在路易斯·桑德斯中尉的率领下驾驶P－36战斗机起飞，他们对正在轰炸一处机场的6架日机发起攻击，日机见有美机迎战便仓促逃走，美机猛扑过去，桑德斯对领队日机开火，日机立刻冒着浓烟，摇摇晃晃坠入大海。戈登·斯特林少尉紧盯住一架敌机，另一架日机则在他尾后向他开火，斯特林座机中弹起火但仍继续射击前面的日机，两架飞机一起坠落。
混战中美机共击落两架日机，菲利普·拉斯姆森少尉福星高照，驾驶着被打出544个弹孔的座机安全落地！这些英勇升空迎战的飞行员后来都获得了银星勋章和紫心勋章。
日机在肃清了空中的美机后便转入对地面目标的扫射，水平轰炸机攻击了卡纽黑、希凯姆和福特岛3处机场。俯冲轰炸机则对有弹幕射出的军舰进行俯冲轰炸，这样就能避免重复攻击已受重创的美舰。
“内华达”号战列舰正由拖船拖往韦波角，成为日机集中攻击的目标，舰上的消防管被炸断，只好由拖船用水泵全力协助该舰灭火。当日机见锚地里停泊的军舰都已沉没或起火，便转而攻击在船坞里的舰船。
“宾夕法尼亚”号战列舰正在船坞里大修没被第一波的鱼雷机发现，所以没有受到攻击。但被第二波的日机投下的一枚炸弹命中，炸坏了小艇甲板。“肖”号驱逐舰被炸飞了舰首，起火的燃油随海水四下蔓延，引爆了在船坞里的另2艘军舰。在北部港湾里停泊的辅助船只也被第二波的日机炸沉炸伤多艘。
空袭开始不久，夏威夷医药协会总会便接到救护伤员的紧急电话，20分钟内，医生和志愿者就已经把担架和医疗器械装上汽车，直奔现场。
汽车大队的妇女驾驶着每辆可用的汽车，搭载兵员驰往珍珠港。公路上的情况已是一片混乱，军方车辆、消防车、救护车和几百辆运送官兵奔赴作战岗位的计程车，塞满了几千米长的公路上，喇叭声响彻云霄。汽车大队的女驾驶员表现尤其出色，真可谓巾帼不让须眉。受伤的官兵被紧急送往翠普勒陆军医院，院方急召檀香山的医生参加救护，正巧有50名医生正在听纽约的约翰·穆尔黑德博士讲解战时外科手术，便立刻赶往医院，投入救护工作。穆尔黑德博士刚示范过一项新医疗仪器，能很快测出人体内的金属。那天早晨，这种仪器显示出巨大的价值，节省了许多等待冲洗X光底片的宝贵时间。
在海军医院，原来在院内治疗休养的病人被送到外面的临时病房，为由担架抬来的受伤人员腾出病床。许多年轻的水兵断臂缺腿，还有几百名被烈焰灼伤。这些年轻人的勇气令人难以置信——病房里满是伤患人员，许多人伤势严重甚至已经奄奄一息，但却是一片静寂，无人呻吟。
11时，医院血库的血浆存量锐减，福雷斯特·平克顿医生立即广播呼吁献血。半小时内，已有500人聚集在医院门外等候献血，医护人员分12个地点验血、抽血，但仍感人手不足，有的人竟然足足排了7个小时才献上血，这是珍珠港一役中又一可以让美国人骄傲的地方。
1941年12月7日11：45分，日军偷袭珍珠港胜利的消息随着电波传往世界各地。东京广播电台发布了天皇的“宣战大诏”：“朕兹对美国及英国宣战。帝国今为自存自卫，已决然奋起，必当摧毁一切障碍！”语气中渗出一股腾腾杀气。接着东条英机以“拜受大诏”为题，发表对全国的讲话：“胜利永存于皇威之下。”随后，东京广播电台播出了贝多芬的交响曲《命运》，并在播放过程中一再叫嚣：“帝国海军终于振奋起来了”！这简直就是对人类文明的亵渎和污辱。
与此同时，在远离东京的柱岛，山本的心情又是另一番滋味。这天下午，山本率领一直停泊在濑户内海的主力舰队30余艘军舰，切断了同东京的直通电话，驶离柱岛。入夜时分，舰队沿丰后水道东侧向南驶去。在“长门”号旗舰的司令室里，主导了这场偷袭的山本五十六俯首桌前，提笔抒发了自己的心情：
“今我已下定决心，一旦奉大诏而堂堂出击，则置生死于度外，闯过难关。然而此战为未曾有之大战，种种曲折亦必有之。倘存惜名誉而保自身之私心，则绝不能完成此大任。”因之以诗曰：“浩荡皇恩记心间，弃誉会命何所惜。”
这既表达了山本五十六对置身于一场自己曾极力反对的对美战争的复杂心情，又表达了作为一个战争贩子，死心塌地为法西斯效力的决心。
12月15日，山本命令返航途中的突击编队，派出若干兵力支援威克岛登陆作战。根据这一命令，南云抽调航母、巡洋舰和驱逐舰各2艘，前去支援威克岛登陆作战，自己率主力继续返航。
至12月28日为止，参加突袭珍珠港的日军舰队全部返回到柱岛基地。珍珠港之战以日军可耻的完胜而告结束。
从二战的整体进程来看，日军偷袭珍珠港，直接使其由开始的局部战争转化为世界战争，一场人类的浩劫从此全面展开。山本五十六作为这次战役的直接策划者和指挥者，在给战争艺术宝库增添一份珍贵资料的同时，也把自己的名字也被牢牢地钉在了人类历史的耻辱柱上。
战役点评
珍珠港上空巨大的黑色烟幕，象征着日本的战术胜利和美国的悲剧。但死亡和毁坏并没有结束，美军官兵继续和大火进行着搏斗：小艇躲避着一片片的火海在半水半油的港中搜寻着幸存者；瓦胡岛军医医院在奋力抢救数百名烧伤和肢体残缺的水兵；随倾覆的“俄克拉荷马”号沉入港中的400多名水手中，也有30多人得救。
不幸中的万幸也只能说是太平洋舰队的两艘航空母舰“企业”号和“列克星敦”号，分别于11月28日和12月5日出海，向威克岛和中途岛运送飞机。另有9艘重型巡洋舰和附属舰只在港外演习。太平洋舰队的另一艘航母“萨拉托加”号在西海岸修理。
“但不论在不在港内，我们每个人都将永远记住这一时刻。”1941年12月8日，美国总统罗斯福在国会发表了其历史性的演说，而后国会通过对日宣战，随后英国也对日宣战。9日，与日本已战斗了10年的中国正式对日宣战。而后，自由法国、澳大利亚、加拿大等国对日本宣战。11日，清高的德国首先对美国宣战，美国完全投入了二战，将其强大的国家机器转入了战时的轨道，二战也进入了一个新的阶段。
虽然后来的战史学家对珍珠港事件的评价不尽相同，一说是日本的巨大胜利，一说是袭击珍珠港只是为美国处理掉了一些过时舰只并激起了其斗志。从日本的角度，珍珠港行动只是一个支援行动，目的是保证日本南进获取南太平洋的石油不会受到美国的阻碍。而日本仅以29架飞机的代价换取了美国主力舰船19艘、飞机200余架，并使美太平洋舰队在一段时期内难以进入南太平洋，这无可争议地是一个战术胜利，也完全实现了日本的战略意图。
此次袭击给日本带来了了三大利益：
（一）美国太平洋舰队实际上已经暂时完全丧失活动能力。
（二）日本在西南太平洋的作战可以安全地不受美军的干扰，而珍珠港驻防部队也可以转用来支援那些作战。
（三）日本人现在可以有较多的时间来扩张和建立他们的防御圈。
尽管英美一直在加强太平洋的防御力量，但是最高层次的领导一直认为，即使是最好战的军国主义分子也不敢同时进攻英美，这是由于对日本的民族心理、经济困境和军事力量对比的严重误解而产生的。
由于存在麻痹思想，美军战备相当松懈，这也是袭击造成巨大损失的一个原因。但珍珠港迫使美国建立了以航空母舰为中心的战略思想，这对以后的作战产生了无法估量的作用。从这一点来看，美国得到的要比日本得到的多得多。
美国关于珍珠港最大的一个疑问就是谁应对珍珠港事件负责。因为不到两个小时内，有2400名美军几乎在无意识中失去了生命，尽管太平洋舰队总司令金梅尔被撤职，但还是有很多的质疑集中在罗斯福总统身上，认为罗斯福为说服国内的孤立主义分子，使日本先打了第一枪，而没有将珍珠港即将遭到袭击的警告通知珍珠港。当时经过深入的调查，并没有找到确凿的证据将罪责定在某个人身上。
另一典型的争论是对“偷袭”和“奇袭”的争论。日本送最后通牒的时间比攻击时间晚了40分钟，最后日本又战败，偷袭之名是绝对洗不清的。且“偷袭”和“奇袭”实际也只是同一意义的一贬一褒而已。
日本通过偷袭珍珠港将美国拉入了战局。但珍珠港遭受偷袭后的那个晚上，睡得最香的人不是别人，而是英国首相丘吉尔。美国从此将完全作为同盟者与之并肩作战，为此，他说了一句“我们总算赢了”，而后安然入睡。