1941年11月18日，日本海军先遣队的潜艇伪装成日常巡逻，分别由佐伯湾和横须贺港出航，沿中航线和南航线驶向夏威夷的瓦胡岛，侦察和监视美国太平洋舰队的活动。11月26日，日军袭击珍珠港的突击编队从单冠湾启航，沿预定的北航线以14节航速前进。在海上航行过程中，实施了昼夜24小时对空、对潜警戒和保持无线电静默。同时，为了防止途中被美军发现，突击编队在阿留申群岛和中途岛之间美军侦察机巡逻圈以外航行。12月6～7日，油船给突击编队实施最后一次加油。突击编队以24节的航速直逼瓦胡岛。
7日4时(夏威夷时间)，突击编队在瓦胡岛以北230海里的海域展开。5时30分派出2架水上飞机侦察突击航线、港内停泊的舰船及气象情况的同时，对瓦胡岛东、西两侧附近海面做了大范围的搜索。6时至6时15分，突击机群的第一攻击波183架飞机(其中鱼雷机40架、俯冲轰炸机51架、水平轰炸机49架、战斗机43架)分别从6艘航空母舰起飞，利用云层隐蔽地飞向瓦胡岛。7时40分，突击群排列成攻击队形，由瓦胡岛西部进入。7时55分，日机首先攻击希凯姆、惠列尔机场和福特航空站，压制防空火力。7时57分，鱼雷机沿西部山区进入，一批16架对福特岛两侧舰船实施了鱼雷攻击，另一批24架绕过海军码头，从东南方向进入，从15~30米的超低空投掷鱼雷，攻击福特岛东侧的战列舰。8时5分，水平轰炸机绕经瓦胡岛以西，从南岸飞向珍珠港，编成以5机为中队的纵队队形，在3000米高度对福特岛东侧的战列舰、机场进行轰炸。战斗机从西部山区东侧进入，分为6个编队，分别扫射了惠列尔、希凯姆机场和福特、卡内欧黑海军航空站，封锁瓦胡岛上空，未与美机遭遇。第一攻击波突击历时45分钟，只遇到轻微抵抗，便顺利地完成了首次突击任务，于8时40分返回航空母舰。日机攻击开始后，潜入港内的日军潜艇也向美军舰船实施了鱼雷攻击。此时，在港美舰有战列舰8艘、巡洋舰7艘、驱逐舰20艘、潜艇5艘、辅助舰若干。
日机第一攻击波开始时，驻岛美军惊慌失措，混乱不堪，没有进行有组织的抵抗。日军突击5分钟后，美军高炮才零星射击，岛上33个高炮连，仅4个连开火。8时15分，只有4架战斗机从未受轰炸的哈罗瓦机场起飞。此后虽陆续起飞了2架，与日军第二攻击波遭遇，但由于仓促应战，协同不好，因而有的被日机击落，有的被自己的高炮击毁，整个基地完全陷入被动挨打的境地。
日军第二攻击波171架飞机(其中俯冲轰炸机81架、水平轰炸机54架、战斗机36架)于7时15分起飞，8时40分展开成攻击队形，各机群从瓦胡岛东部进入，8时55分开始攻击，俯冲轰炸机主要攻击舰船，水平轰炸机主要攻击希凯姆、贝罗斯机场和各海军航空站，战斗机担任空中掩护，同时封锁、扫射各航空基地。第二攻击波的突击持续了约1小时，扩大了第一攻击波的突击效果。