南云忠一认为美军能在这个方向投入战斗的航母应该只有一个月半前参与袭击东京的约克城号和黄蜂号，因为列克星敦号和黄蜂号航母都在珊瑚海海战中受伤，而其他萨拉托加号航母还在维修。另外加上在夏威夷岛上的陆基飞机可能有一两百架，这样的话美军的空中力量不足以对舰队构成大威胁。
南云忠一始终认为之前的战术欺骗成功了，美国人没有想到联合舰队会倾巢而出攻击夏威夷，所以他的心中对本次战役充满了期望。不过他不知道尼米兹在珍珠港中创造了一个奇迹，受伤的黄蜂号还没有回到珍珠港的时候，这里的维修船坞中就已经准备好了各项器具，等到黄蜂号进港后，几千民工人立即登舰，只用了3天时间就将黄蜂号受损的甲板和舰上建筑进行了更换。甚至连锅炉都大修了一遍。日军舰队逼近珍珠港的时候，黄蜂号和其他几艘航母一起起航了。这样一来从主力航母来看，日美双方的比例是4：3，而不是南云忠一以为的4：2。
不过尼米兹非常聪明地隐藏了实力，他让第17特遣舰队和第16特遣舰队围绕夏威夷兜圈子，避开南云忠一的机动编队。珍珠港中起飞的陆基侦察机以及珍珠港潜艇部队可以时刻掌握日军主力编队和机动编队的位置，并不需要航母的舰载侦察机进行侦查，这样以来，尼米兹能掌握日本人的位置，而山本五十六和南云忠一则不知道美军航母的位置。
花了两天的时间，南云忠一围绕夏威夷岛兜了三圈都没有发现美军的航母编队，他心中觉得很是不安，因为不可能这个时候美军将航母编队调走了，那两艘航母和他们的辅助舰只一定等在某个地方，待航母编队和主力编队对珍珠港发起攻击的时候他们就会出来从后面捅一刀子。
南云忠一多疑的性格让他不敢放手对珍珠港发起进攻，只是低烈度地派出侦察机和轰炸机到夏威夷执行轰炸和侦查的任务。不过山本五十六很快等不住了，因为一纸电报从东京传了过来，根据在美国的谍报人员的侦查，萨拉托加号航母已经维修完毕，舰载机也入驻了，可能几天之内就能从美国的东海岸启航前往珍珠港。于是旷世大海战爆发了。
6月8日一大早，太阳刚刚跃升到海面上，在海面上拖出长长的影子，南云忠一就下达了出击的命令。在飞行员休息室中的日本飞行员吃掉了祝捷的饭团，带上飞行帽奔向了自己的飞机。舰载攻击机和负责护航的零式战斗机一架接一架起飞，结成编队浩浩荡荡向珍珠港飞去。
于此同时，山本五十六指挥的主力编队也展开了自己的攻击姿态，水上飞机母舰千代田号、日进号将自己携带的水上飞机吊到海面上起飞，前去轰炸预定的目标。凤翔号轻型航母则放出了自己的舰载机为整个舰队进行护航。战列舰弹出了自己的侦察机，开始对周围的海面进行侦查，大和号、长门号、陆奥号战列舰上的主炮做好了发射的准备。
早上8点15分，就在去年12月7日第一枚炸弹落入珍珠港的时间，日军轰炸机抵达了珍珠港。第一波攻击机群主要由俯冲轰炸机和战斗机组成，不过这一次迎接他们的是严阵以待美军陆基战斗机。大量的P40和P38开始了跟日军的缠斗，拼命阻止日军轰炸机将炸弹投掷下来。空中到处都是呼啸而过的飞机，地面上腾起了一股股黑烟。等到日军轰炸机进入俯冲后，地面防空炮火像不要钱一样对着空中射出一片片弹幕，像绽开的死亡之花。
美国跟日本不一样，美国人一开始就很注意火力，所以尼米兹从美国本土获取的物资中，有很大的一部分是高射炮。尼米兹冒险走出司令部，观察着空战的情况，他非常满意的是日军到现在并没有成功地击中任何有价值的军事设施。日本的零式战斗机性能的确不错，但是数量上较P40和P38要少，这一样以来根本无法有效掩护己方的轰炸机进入俯冲路线，到处都可以看到美军的战斗机在追逐着日军的轰炸机。
就在尼米兹庆幸自己放下姿态，要了这么多陆基战斗机过来的时候，他听到了一阵火车驶过的声音，然后不远处的一处岸防炮掩体突然塌陷了下去，然后其内部发出了一声沉闷但是巨大的爆炸声。是日军战列舰发射的穿甲弹
尼米兹立即回到司令部，命令向特遣舰队发报，显然日军战列舰已经抵达了珍珠港的附近至少20海里的范围之内。接到尼米兹的电报后，斯普鲁恩斯少将和哈尔西少将带领这两只特遣舰队向珍珠港方向驶来，终于不再兜圈子了。
舰队驶来还要一个小时，这一段时间内，珍珠港得靠自己来抵御日本人。潜艇部队随后报告了两个日军编队的具体位置，然后大量的陆基轰炸机起飞，在战斗机的掩护下浩浩荡荡地向日军的航母编队飞去。
南云忠一派出的第一波攻击机群并没有对珍珠港中的美军设施进行像样的破坏，只有几枚炸弹命中了维修船坞，让那里变成一片火海。出击的80多架舰载攻击机和战斗机几乎全部折损在夏威夷上空。
南云忠一并没有派出第二波攻击机群，因为第一波攻击机群已经达到了自己的战略目的，他们吸引了美国人，并掩护了主力编队对珍珠港的炮击。南云忠一知道可能不久后美军的陆基作战飞机就会飞临其上空，他命令放出一部分作为掩护舰队用的零式战斗机，并命令另外一批直掩机做好出击的准备。
果然50多架美军轰炸机在20多架战斗机的掩护下抵达了南云忠一的机动编队上空。零式战斗机扑了上去，美军轰炸机一部分携带了鱼雷，而另一部分则携带了1000公斤的重磅炸弹。陆基轰炸机飞行员原本很少接受对舰攻击的训练，所以这次虽然在海军的侦察机带领下成功抵达了日军舰队的上空，但是攻击的效果不是太好。全部的鱼雷都没有发挥作用，虽然有两枚鱼雷命中了正在释放战斗机的赤城号航母，不过却没有爆炸。只有一枚炸弹擦着飞龙号航母的船舷掉入海中，这枚炸弹将飞龙号的舱壁炸开了一个口子，冲天的海水卷走了一架停在甲板上的零式战斗机。
等到美军的攻击结束后，南云忠一一边命令收回直掩机，并给攻击机挂上炸弹，用作第二波攻击用。山本五十六已经发来电报告诉南云忠一珍珠港在炮击中损失严重，现在正是最好的时机。就在南云忠一要命令攻击机起飞的时候，一封电报令他改变了主意。伊—9号潜艇报告发现了一只美军的舰队，距离南云忠一不远。南云忠一立即命令攻击机卸下炸弹，挂上鱼雷，准备攻击美军舰队。
等地勤挂好鱼雷后，伊—9号潜艇又发来电报宣称那只是一只美军的补给船队，没有发现大型水面舰只。南云忠一把提到嗓子眼的心放了回去，再次命令攻击机挂上炸弹，准备攻击珍珠港。
可是几分钟后，侦察机报告发现了美军的舰队，这样一来南云忠一又手忙脚乱了，重行命令挂上鱼雷。这一番鱼雷换炸弹，炸弹换鱼雷的事情让四艘航空母舰上的地勤累坏了，换下来的炸弹没有按照条例收回到武器库中，而是胡乱地堆在了甲板上。并且甲板上到处都是加油的软管，甚至连飞机的起降都受到了混乱的影响。
日军的攻击机群起飞后半个小时，就在空中遭遇了美军航母放出的舰载机。双方不约而同的擦肩而过，没有对对方发起进攻。
在美国海军飞机抵达日军航母编队上空之前，珍珠港上起飞的第二波陆基攻击机抢先到达了，这一次美军派出的是清一色的轰炸机，没有护航战斗机。虽然美国陆军很勇敢，但是很显然他们在技术上还不足，攻击仍然没有成效，零式战斗机在低空到处追逐着B17轰炸机。
就在这个时候，航母舰载机抵达了日军上空，直到这些无畏式俯冲轰炸机进入俯冲后，日军才发现。航母、巡洋舰和驱逐舰上的对空火力全开，企图阻止美国人将炸弹扔到航母头上。但是海军的对舰攻击技术显然比陆军好得多，而且关键的是，现在护航的零式战斗机全部在低空劫杀陆军派出的携带了鱼雷的B17轰炸，根本没有人防守高空。于是分成2个中队的分别无畏式俯冲轰炸机攻击了赤城号航空母舰和加贺号航空母舰，接踵而来的是17架从约克城号航空母舰上起飞的无畏式俯冲轰炸机则专门攻击苍龙号航空母舰。日军的3艘航空母舰刹那间变成了三团火球，堆放在机库里的飞机、燃料和未及时处理的高爆炸弹引起大爆炸，火光直冲云霄，短短的5分钟，日本三艘航空母舰被彻底炸毁了。只有飞龙号侥幸躲过了攻击。