十二月七日，南雲艦隊經過十餘天航行，航程近萬公里，進入歐胡島以北，距珍珠港約三百公里的攻擊位置。珍珠港美軍氣象站透過英文廣播發送的氣象預報，說明當天天氣晴朗，海況良好，很適於日軍攻擊。而先行出發，偷越珍珠港海港入口防護柵，潛入港內的五艘各載兩人的日本袖珍潛艇，發回了港內美軍艦艇駐泊數量和位置的詳細情報，並與陸上間諜人員的最後報告完全吻合：八十六艘美軍艦艇整整齊齊地停泊在碼頭上。日本航空母艦上，加滿燃油，裝齊彈藥的作戰飛機，整整齊齊排列在甲板上。日軍飛行員享用過鯛魚米飯的節日盛餐後，按慣例給家人留下了附有頭髮和指甲的書信，繫好「千人針」吉祥帶，守候在戰機旁，隨時準備登機出航。
早上六點整，透過濃雲薄霧，日本特遣艦隊旗艦「赤城號」的主桅杆上，高高升起了一面帶有特定意義的「Z」字旗，這是命令出擊的信號。六艘巨型航空母艦看見信號後，立即轉換航向，逆風航行，進入飛機離艦的航道。各艦飛行甲板上，綠色信號燈閃閃爍爍，發出飛機起飛信號。飛行員紛紛爬上各自的飛機，駕機向前滑動。日軍飛機在呼嘯聲中一架接一架騰空而起。十五分鐘內，一百八十三架第一波進攻飛機如數升空，在艦隊上空盤旋編隊，然後由飛行隊長淵田中佐統領，在日本水兵的歡呼聲中，向珍珠港飛去，偷襲珍珠港的戰爭計時器開始滴答作響。
當南雲艦隊正準備艦載機群起飛時，華盛頓美國海軍情報處一個叫克雷默的海軍中校，根據早已破解的日本密碼系統，破解了一份發自東京、罕見的長篇日本密電。電報分十四部分發出，其內容是宣布日、美外交談判破裂，表示遺憾，並指令日本駐美大使野村在華盛頓時間下午一點整，必須面見美國國務卿赫爾，把翻譯成英文的電報內容轉交美國政府。多年從事情報活動的克雷默中校斷定，日本政府是向美國遞交最後通牒，而下午一點這個最後期限，則是日軍對美發動進攻的具體時間。他的同僚甚至明確斷定太平洋某個美軍設施將在這一時間遭到襲擊，這一設施可能在關島、在威克島，或者在菲律賓，但他們都沒有想到過珍珠港。
華盛頓時間十二月七日上午十一點，也就是日本艦載機起飛前的半小時，美國陸軍參謀長馬歇爾將軍和海軍作戰部長斯塔克將軍，根據克雷默中校的情報和判斷發出指令，要求駐太平洋各處美軍進入戒備狀態，但他們也沒有想過日本偷襲珍珠港的危險性。實際上，美軍上上下下，都認為珍珠港易守難攻，又隔日本本土數千海浬，絕不會受到日本直接攻擊。駐珍珠港美國陸軍最高指揮官肖特中將和海軍最高指揮官金梅爾海軍上將，直到夏威夷時間十二月七日下午兩點五十八分，才為時已晚地接到華盛頓發來的戒備指令，這時距日本在珍珠港投下第一批炸彈已超過整整七個小時，珍珠港正在濃煙烈焰中呻吟。因為馬歇爾的指令是透過商用電報發送過來，而且沒有急電代號，因而拖了整整九個小時才轉到珍珠港。
