对日本谈判方案的答复。因为当时的国务卿是赫尔，所以史称赫尔备忘录。
11月27日，日本内阁和大本营召开联席会议，讨论赫尔备忘录，认为开战已势在必行。
11月30日，突击编队按预定方案，实施第一次海上加油。然后以6艘航空母舰为核心排成三个纵队，以三艘潜艇在队列前方约200海里进行侦察。整个编队采取严格的无线电静默，只收不发，密切关注谈判进程和开战指示。当天山本电令南云，如果在12月6日前被发现，就放弃执行计划，掉头返航。
12月1日，御前会议最后定下开战决心。大本营确定开战日期为12月8日。
12月2日，山本根据大本营命令，向南云发出“攀登新高峰1208”的密码命令，通知南云进攻日期为12月8日，即夏威夷时间12月7日。同一天，联合舰队更改密码和所有军舰的呼叫代号，以干扰迷惑美军的无线电监听。
12月3日，日军计划在马来亚登陆的登陆舰队从海南岛三亚出发。
12月6日，突击编队进行最后一次海上加油。补给部队在完成最后一次海上加油之后，便与主力分手，这样突击编队此时就只剩下作战舰艇了。山本仿效他所崇拜的东乡平八郎向南云发出动员令：“帝国兴衰在此一举，我军将士务必全力奋战。”南云立即将此电文用灯光信号通报全舰队，然后在旗舰“赤城”号航空母舰的桅杆上升起了Z字旗。——自1905年东乡平八郎在对马海战中升起Z字旗取得胜利后。Z字旗便成了日本海军的胜利标志。同一天，日本外交部致电驻美使馆：毁掉密码和密码机，最后通牒于美国时间12月7日十三时递交。
12月7日，突击编队进至中途岛以东600海里，进入美军飞机巡逻范围，编队形成环形防空队形，6艘航母成两路纵队为队列核心，2艘战列舰和2艘重巡洋舰位于航母纵队四角，9艘驱逐舰在最外围，南云下令航速增至24节，直扑珍珠港。
先遣队的27艘潜艇都于当天夜间到达指定位置，第一分队4艘在瓦胡岛以北海域，第二分队7艘封锁珍珠港东西海峡，第三分队9艘监视珍珠港的入口。其中伊—71号潜艇向编队报告瓦胡岛西北的拉哈纳锚地没有舰艇停泊。也就是说所有的美舰都停泊在珍珠港内。于是突击编队的所有进攻力量都集中用于珍珠港。特别攻击队的5艘潜艇分别放出所携带的袖珍潜艇，由袖珍潜艇自行设法潜入港内。最后2艘潜艇则负责监视夏威夷同美国本土之间的联系。当晚，突击编队收到东京转来的由吉川猛夫发自珍珠港的报告：珍珠港停泊有战列舰9艘，巡洋舰3艘，驱逐舰17艘。另有4艘巡洋舰和2艘驱逐舰在船坞。港内无航空母舰。美军没有飞机巡逻，也没有部署防空阻塞气球。
夏威夷群岛位于北太平洋，东距美国西海岸约3800千米，西距日本约6000千米，距菲律宾约7000千米，战略地位十分重要，素有“太平洋心脏”之称。夏威夷群岛的主岛是瓦胡岛，珍珠港就位于瓦胡岛南部科劳山脉和怀特奈山脉之间的最低处，因盛产有珍珠的牡蛎而得名，是个天然良港，整个海湾形同伸向内陆的鸡爪，只有通过330米宽的狭窄水道与太平洋相通。港区水域面积约25平方千米，平均水深12米，港湾内的怀皮奥半岛、珍珠城半岛和福特岛将珍珠港分为四个小港湾，可同时停泊各种舰艇500艘。美国于1909年开始基地建设，陆续建成了设备齐全的大型造船厂、干船坞、码头、油库等设施，1919年和1922年相继建立了潜艇基地和航空基地。1933年起为了遏止日本的扩张，美国进一步加大建设，使之成为美国在太平洋上主要海军基地和重要后勤基地。自1940年5月起，美国太平洋舰队常驻珍珠港，珍珠港更是成为日军南进的眼中钉肉中刺。
美国太平洋舰队常驻珍珠港后，开始加强夏威夷地区的防御。美国陆军于1941年2月成立夏威夷警备司令部，由华特·肖特陆军中将任司令，统一指挥夏威夷地区的第二十四、二十五步兵师和海岸炮兵、陆军航空兵等部队，共约4.3万人。
太平洋舰队司令为金梅尔海军上将，以珍珠港为母港的舰艇包括3艘航母、9艘战列舰、20艘巡洋舰、69艘驱逐舰和27艘潜艇在内的百余艘。
12月7日凌晨，停泊在珍珠港的军舰有8艘战列舰、8艘巡洋舰、29艘驱逐舰和5艘潜艇，加上其他舰艇和辅助舰艇共94艘。
当时在海上活动的美军舰艇约30艘，分为四个编队：哈尔西中将指挥“企业”号航母、3艘巡洋舰和9艘驱逐舰，11月28日从珍珠港出发，向威克岛运送战斗机，正在返回珍珠港途中，原本是计划在12月6日晚回到珍珠港的，由于种种原因在日军发起攻击时，还在瓦胡岛以西约370千米处，逃过一劫；“列克星敦”号航母、3艘巡洋舰和3艘驱逐舰，12月5日从珍珠港出发，向中途岛运送战斗机，此时在瓦胡岛以西约1300千米海域；“印第安纳波利斯”号重巡洋舰和5艘扫雷舰艇正在约翰斯顿岛附近进行演习；“明尼阿波利斯”号重巡洋舰和4艘扫雷舰艇已结束演习，正在返航途中，此时距离瓦胡岛仅46千米。此外太平洋舰队所属的“萨拉托加”号航母、“科罗拉多”号战列舰等军舰则在美国本土整修。
美军在夏威夷地区的航空力量由三部分组成，总共约350架飞机。其中的陆军航空兵部队，也就是通常所说的夏威夷空军（此时美国尚未成立独立的空军），由费列德·马丁陆军少将指挥，下辖第十八轰炸机联队和第十四驱逐机联队，分别以希凯姆机场和惠勒机场为主要基地，共有32架B—18轰炸机、12架B—17轰炸机、12架A—20轰炸机、99架P—40战斗机、39架P—36战斗机、14架P—26战斗机。
海军航空兵主要以卡纽黑和福特岛机场为基地，共有71架PBY“卡塔林那”水上反潜巡逻机、14架OS2U“鱼狗”舰载观察机（其中9架在战列舰上）。
海军陆战队航空兵以伊瓦机场为基地，共有11架F4F“野猫”战斗机、24架SBD“无畏”鱼雷机和8架SB2U鱼雷机。
1941年4月，夏威夷美国陆海军经过磋商，达成了空中防御协定，远距离空中警戒由海军承担，近距离空中防卫由陆军负责。
肖特中将认为夏威夷的日本人和日裔美国人对飞机的破坏将会使飞机最有可能遭到损失，所以命令将飞机密集排列在跑道与停机坪之间的滑行弯道上，以便于采取安全警戒措施，但一旦遭到空袭，只要一枚炸弹爆炸就会迅速波及到所有飞机！
1941年12月7日凌晨四时，（夏威夷时间，下同。即东京时间12月7日二十三时三十分）突击编队经十二天约6600千米的航程，顺利抵达珍珠港以北约420千米的预定展开海域。飞行员被唤醒，各自系好象征吉祥的千针带，留下附有头发或指甲的遗书，然后吃过早饭，在作战室里听取最后的简况介绍，等待出击命令。
五时三十分，“利根”号和“筑摩”号两艘巡洋舰分别弹射起飞1架零式水上侦察飞机，对珍珠港进行战前侦察。
六时，第一攻击波的飞机开始起飞。此时起飞海域天气正在转坏，风浪很大，航母横摆超过十度，平时这样的海况起飞是会取消的，但现在起飞仅仅只是推迟了二十分钟。航母上所有不当值的官兵都挤在飞行甲板上挥舞着帽子、头巾欢呼着为突击机群壮行！从6艘航空母舰上共起飞183架，包括40架九七式鱼雷机，51架九九式俯冲轰炸机，49架九七式水平轰炸机，43架零式战斗机。鱼雷机各携一条800千克鱼雷，俯冲轰炸机各携一枚250千克爆破弹，水平轰炸机各携一枚800千克延时引信穿甲弹。十五分钟后，机群在舰队上空集合完毕，编成预定队形，以3000米高度向珍珠港飞去。空中总指挥兼水平轰炸机领队“赤城”号飞行长渊田美津雄中佐，鱼雷机领队是村田重治少佐，俯冲轰炸机领队是“翔鹤”号的高桥赫一少佐，战斗机领队是板谷茂少佐，所有飞机垂尾上均涂有三道黄色识别带。飞行途中，渊田为导航而收听檀香山的广播时，意外地收到他迫切需要的珍珠港天气预报，令他惊喜不已。
六时三十分，美军的3架水上飞机在瓦胡岛南部海域进行例行的巡逻飞行时，发现可疑潜艇，飞行员使用密码向基地报告，以致延误了时间。
六时三十七分，美军的“沃德”号护航驱逐舰发现正尾随“大火星”号拖靶船企图通过防潜网的袖珍潜艇，值勤军官威廉·戈普那中尉立即报告舰长威廉·奥特布里奇上尉，奥特布里奇舰长于六时四十分下令开火，六时四十五分“沃德”号三号炮开炮射击，第一发未中，第二发击中了袖珍潜艇的指挥台，这一炮也就成为太平洋战争中的“第一炮”！“沃德”号随后全速驶向潜艇的下潜处投下一串深水炸弹，将其击沉。——这是日军广尾彰少尉和片山义雄中士驾驶的伊—20号袖珍潜艇。“沃德”号击沉袖珍潜艇后便向分区司令部报告。六时五十三分，“沃德”号第二次发出报告。分区司令部值班军官卡明斯基中校漫不经心，要求进行核查。直到七时四十分，分区司令克劳德·布洛克少将才接到报告，他感到事态严重，下令加派“莫纳汉”号驱逐舰前去支援。此时距空袭开始仅有十分钟，为时已晚。
七时零二分，设在瓦胡岛北端卡赫库角上的流动雷达站发现有大批飞机正向珍珠港飞来，距离约160千米。雷达兵约瑟夫·洛克德和乔治·埃利特立即报告情报中心，但值班军官克米特·泰勒中尉认为是从加利福尼亚飞来的飞机，不已为然地安慰雷达兵不要紧张，于是两名雷达兵就眼睁睁地注视日军飞机越飞越近，直到七时三十九分日机临空。
七时三十分，〔华盛顿时间下午一时〕，这是日本外交部规定的递交最后通牒的时间，由于领事馆解雇了美籍工作人员，日方人员的英文打字速度太慢，文件还没有打印好，也就无法按时递交。野村大使的助手打电话给美国国务院，将原定的约见时间推迟至一时三十分。
七时三十五分，日军机群飞临瓦胡岛，珍珠港全景尽收眼底，美军战列舰独特的笼式和三足式桅杆清晰可见。
七时四十分，日军飞机展开成攻击队形。为取得最大的战果，日军制订有两套攻击方案，一是奇袭方案，在美军没有戒备时采用，先由鱼雷机攻击，再由轰炸机攻击。二是强攻方案，在美军已有准备时采用，先由轰炸机攻击，压制和吸引防空火力，再由鱼雷机攻击。战斗机则不论哪种方案都要抢占有利高度，以夺取制空权。采取何种方案是由空中指挥官临机决定。规定一发信号弹是奇袭，二发信号弹是强攻。渊田见美军毫无戒备，决定采取奇袭方案，打出一发信号弹，由于战斗机被云层遮掩，没有看到信号，渊田就再向战斗机打了一发信号弹，这次战斗机看到了，立即爬高抢占有利高度，但却让俯冲轰炸机的长机误为是二发信号弹，采用强攻方案，便加速向机场飞去。
七时四十九分，渊田下令全体攻击！后座通信员立即拍发攻击命令：突！突！突！
七时五十三分，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！令人惊奇的是，九七式飞机功率并不大的机载电台所发出的电波竟穿越漫漫太平洋，被远在万里之外的“大和”号战列舰接收到。
七时五十五分，俯冲轰炸机首先从4000米高度向希凯姆机场、惠勒机场、福特岛机场进行大角度俯冲投弹，一时间机场上弹片横飞，火光冲天，浓烟四起。鱼雷机此时刚飞到造船厂，就见到机场上冒起的浓烟，领队长机村田少佐不由大吃一惊，他想奇袭方案应由鱼雷机首先攻击，怎么轰炸机先打响了？为了不被浓烟遮住目标，他立即率领鱼雷机队加速抄近路沿西部山谷于七时五十七分投入攻击。40架鱼雷机分为两批，一批16架对福特岛西侧锚泊军舰实施攻击，另一批24架对福特岛东侧的战列舰进行重点攻击。
七时五十八分，美军布雷舰队司令威廉·弗龙少将最先看到一架飞机俯冲投弹，起先他还以为是飞行员误触投弹按纽的意外事故，再仔细一看，飞机上鲜红的旭日机徽赫然在目，于是意识到是日军空袭，立即下令港内军舰出港规避。几乎同时，罗根·雷姆赛中校快步奔进福特岛指挥部，命令控制塔拉响空袭警报，并用口语广播宣布：珍珠港遭到空袭！这不是演习！随后，美国太平洋舰队司令金梅尔上将命令将这个惊人的消息用无线电通知太平洋舰队的所有部队。
与此同时，美军的零星反击也开始了，一些美舰上的高炮开火了。岛上陆军的33个高炮连仅有4个连开火，大多数高炮连的炮弹还在弹药库，根本来不及投入作战。整个珍珠港美军几乎没有有组织的抵抗。
八时零五分，渊田率水平轰炸机经瓦胡岛西侧，从南面进入轰炸航线。五机一组，编成单机间距200米的纵队队形，在3000米高度，向福特岛东侧的战列舰和高炮火力比较集中的伊瓦机场进行轰炸。担任掩护的战斗机见没有美机升空，便分为6个编队对6处机场进行了扫射。
八时十分，（华盛顿时间下午一时四十分），比日本外交部预定的递交最后通牒的时间晚了四十分钟，此时珍珠港的战斗已经打响二十分钟了。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：“这是我任职五十年来，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五位飞行员，见所在的惠勒机场已遭严重破坏无法起飞飞机，便立即搭乘两辆汽车冒着日机的炮火一路飞奔到偏僻的哈罗瓦机场，日军显然没有注意到这个小机场上竟有5架P—40和1架P—36，八时十五分，肯尼斯·泰勒少尉、乔治·威尔少尉、哈利·布郎少尉、罗伯特·罗杰斯少尉和约翰·戴恩斯少尉驾驶5架P—40战斗机起飞，这是美军第一批升空迎战的飞机，在巴伯斯角上空与日军十二架飞机展开激战，共击落三架日机。空战中威尔少尉座机的三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，第二批十五架日机又呼啸而至，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，就在海岸外八千米处追上它，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，其中泰勒少尉、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偷袭珍珠港中最高战绩，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，没能有效阻止日军的攻击。
八时二十五分，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”号被击中二条鱼雷，后来又被四枚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，致使该舰在几分钟里沉没，全舰1000余名官兵无一生还。“西弗吉尼亚”号左舷被击中六条鱼雷，尽管损管人员奋力抢救，仍无法控制住左倾，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”号被三条鱼雷分别击中舰桥下方、3号炮塔下方和左舷中部，并有一枚800千克炸弹穿透甲板在舱内爆炸，使得舰首上翘，沉入海底。“俄克拉荷马”号接连被三条鱼雷击中左舷，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”号虽然只被击中三枚炸弹，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，引起上层建筑多处起火，导致重创。“马里兰”号被二枚800千克炸弹命中，是所有战列舰中受伤最轻的，也最早修复。“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·汤姆斯海军少校决定起锚出港规避，水手长埃德温·希尔勇敢跳入水中游上码头，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”号连中六枚炸弹，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。
八时四十分，日军第二攻击波飞临瓦胡岛，共有171架，其中81架九九式俯冲轰炸机，54架九七式水平轰炸机，36架零式战斗机。九九式各携一枚250千克爆破弹，九七式各携2枚250千克穿甲弹或是1枚250千克加6枚60千克炸弹。空中总指挥兼水平轰炸机领队长机是“瑞鹤”号飞行长岛崎和重少佐，俯冲轰炸机领队是“苍龙”号飞行长江草隆繁少佐，战斗机领队是进藤三郎大尉，这一批飞机是七时十五分从航空母舰上起飞的，经过一小时二十五分钟的飞行赶来的。
八时五十五分，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，很快也被日机击落。第四十六驱逐机中队六位飞行员在路易斯·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六架日机发起攻击，日机见有美机迎战便仓卒逃走，美机猛扑过去，桑德斯对领队日机开火，日机立刻冒着浓烟，摇摇晃晃地坠海。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，两架飞机一齐坠落。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、希凯姆和福特岛三处机场。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二艘军舰。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，二十分钟里，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，塞满了十千米长的公路上，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，正巧有五十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，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，能很快测出人体内金属。那天早晨，这种仪器表现出巨大价值，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。
在第一攻击波后，美军已做好了战斗准备，因此第二波遭到了较为猛烈的高射炮火射击。有20架日机被击落，其中战斗机6架，轰炸机14架。
九时四十五分，第二波的飞机开始返航。渊田驾机绕珍珠港低空盘旋一周拍摄了被炸后的情景，才最后一个返航。
十时，由哈尔西中将率领的以“企业”号航空母舰为核心的特混舰队，完成向威克岛运送增援战斗机的任务正在返回珍珠港的途中，接到太平洋舰队司令金梅尔上将的命令，向南追击日军舰队。这一命令是根据一连串错误的报告和无线电定位下达的，幸亏是错误的方向，不然，哈尔西的这支小舰队要是真的同日军舰队交手的话，肯定会被日军消灭，那么就不可能有日后在太平洋上立下赫赫战功的哈尔西和“企业”号航空母舰。徒劳无功的哈尔西率领舰队于12月9日下午才返回珍珠港。
十一时，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。半小时内已有五百人聚集在医院门外等候献血，医护人员分十二个地点验血、抽血，但仍感人手不足，有的人竟然足足排了七个小时才献上血。
十三时，日军第二攻击波的飞机陆续返回航空母舰降落。渊田最后降落，他和第二航母舰队司令山口多闻少将都强烈要求进行第三次攻击。但是南云认为，攻击已取得了巨大成功，而美军的航空母舰和潜艇都没出现，如果突击编队在这一海域逗留时间过长，会遭到攻击，增加不必要的损失。他现在最重要的任务就是要把这支日本海军的主力舰队安全带回日本。所以拒绝了渊田和山口的建议，下令返航。突击编队收回飞机后，立即高速北撤，至12月9日已远离珍珠港1100千米以上。
12月15日，返航途中的突击编队接到山本的命令，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。
12月23日，突击编队主力安全回到日本濑户内海。
12月28日，支援威克岛的8艘军舰完成任务回到柱岛基地。
没有与突击编队一起行动的中途岛破袭部队于11月28日从日本馆山起航，按预定计划于12月8日深夜炮击了中途岛，共发射127毫米炮弹300发，给中途岛美军造成了一定损失，然后调头返航，于12月21日回到濑户内海。
后来接替金梅尔继任美国太平洋舰队司令的尼米兹上将认为南云把突击时间限定为一天，突击目标又限定在有限范围里，没有最大限度利用这一来之不易的绝好机会。山本五十六评价南云是个庸材，说他在指挥时就象小贼入室行窃，开始时志在必得，胆大包天，稍一得手便心虚胆怯急于溜走。由于日军没有进行第三次攻击，而前两次攻击中日军又只重视对军事目标的打击，根本没有攻击珍珠港各种修造船设施齐全的造船厂和储存有4万加仑燃油的油库。日后美军正是利用造船厂的设备迅速打捞修复受创的军舰，正是利用油库的燃油使得航母频频出击，在短时间里恢复了太平洋舰队的战斗力。设想一下，日军即使只炸毁了油库，也足以让完整无损的太平洋舰队在六个月里无法出动。这是日军在这次偷袭中最大的失误！
另外在日机空袭时，从加利福尼亚飞来的12架B—17轰炸机和从“企业”号航空母舰上起飞的18架SBD“无畏”式俯冲轰炸机，正好飞到珍珠港。这两批飞机都是经过长途飞行，油料所剩无几，无法另寻机场着陆，只好冒着日机的轰炸和美军的高射炮火强行降落，在一片混乱中，共损失了2架B—17和10架无畏。
当日军飞机开始轰炸后，潜入珍珠港的日军伊—16号袖珍潜艇由横山正治中尉和上田定二军士长驾驶也趁火打劫，发射两枚鱼雷均未击中目标，并于晚二十二时许向母艇发出攻击成功的电报，后被美军击沉。伊—24号袖珍潜艇在港口入口处被美舰发现，遭到攻击后带伤逃脱，由于伤势较重操纵失控，致使两次触礁，加上畜电池电力耗尽，无法发射鱼雷，两名艇员只好弃艇。其他的两艘袖珍潜艇都先后在珍珠港的入口处被美军击沉。这支特别攻击队的十名艇员中只有伊—24号艇的艇长酒卷和男少尉侥幸生还，成为太平洋战争中第一个被美军俘虏的日军。
日军部署在珍珠港周围共有20艘潜艇，一来用于侦察监视，二来准备伏击在空袭时企图出港躲避或是追击日军舰队的美舰，由于在空袭时并无美舰出港，所以未有战果。倒是“伊—70”号潜艇在12月9日下午跟踪返航的美军“企业”号航空母舰编队时被美军飞机发现后击沉，艇上68名官兵无一幸存。其余潜艇在攻击结束后陆续撤离珍珠港。
整个空袭行动持续约两小时，真正的攻击时间约一小时三十分。日军共消耗鱼雷40条，各种炸弹556枚，总计约144吨。战斗中损失飞机29架，由于日军飞行员都抱着必死的决心，全都不带降落伞，所以机上55名飞行员全部阵亡。加上起飞时有1架飞机因故障坠毁，返航时有2架飞机因迷航而坠毁，总共损失飞机32架。还损失1艘大型潜艇和5艘袖珍潜艇，阵亡艇员77人，被俘1人。总计人员损失133人。
美军有四艘战列舰“亚利桑那”号、“加利福尼亚”号、“西弗吉尼亚”号和“俄克拉荷马”号以及一艘布雷舰“奥格拉拉”号，一艘靶舰“犹他”号沉没。一艘战列舰，三艘巡洋舰，三艘驱逐舰重创，三艘战列舰，三艘巡洋舰，五艘辅助舰轻伤。飞机被毁260架，伤63架。人员死亡2334人，失踪916人，伤1341人。
“加利福尼亚”号、“西弗吉尼亚”号后来被打捞起来，重新参战。美军也对沉没的“亚利桑那”号进行过探察，看看是否有打捞的可能，最后见实在没有希望，就将暴露在水面上的舰体拆除，水底部分的舰体仍留在沉没的地方。1962年12月7日珍珠港纪念日，在该舰的残骸上建成珍珠港纪念馆，现在已成为夏威夷最著名的游览胜地。“俄克拉荷马”号后被扶正，并被拖走，虽然也进行过修复，但徒劳无功，后于1944年9月退役，1947年5月17日在拖回美国本土的途中遭遇风浪沉没。“犹他”号是1909年下水的老战列舰，已拆除了大部分武备而被降格为靶舰，所以美军没有进行挽救。布雷舰“奥格拉拉”号建成于1907年，是珍珠港内最老的军舰，早已极少升火起航，据说连烟囱里也有海鸟筑巢，自然美军也不会进行修复。所以实际上美军在偷袭珍珠港中最终的损失，就只有这四艘军舰。
也有不同资料称，沉四艘战列舰，一艘巡洋舰，二艘驱逐舰，伤四艘战列舰，四艘巡洋舰，一艘驱逐舰，八艘辅助舰。飞机被毁188架，伤159架。人员死亡2403人，失踪255人，伤1178人。综合而言，美军在珍珠港的大型军舰损失约50%，飞机损失约70%，人员伤亡约三四千人。
尽管偷袭的主要目标美国太平洋舰队的三艘航空母舰及二十二艘其他军舰不在珍珠港，而且油库、造船厂未遭破坏，但是日军此次偷袭作战，组织周密，行动果敢，代价小，战果大，堪称突袭战例的经典之作。
12月7日当晚，美国总统罗斯福召开内阁紧急会议，商讨对策。次日，罗斯福向参众两院发表战争咨文，罗斯福总统摈弃了轮椅，坚持站着发表了简短但是感人的演讲，要求对日宣战。他的讲话在雷鸣般的掌声中获得一致通过。从此后美国正式参战。
珍珠港事变后一连几天下午，数千名死难者，经过简单庄重的仪式被陆续入土安葬，每个坟前都放置着一束鲜花，一排神情严肃的陆战队士兵，对空鸣放三枪，号兵吹响了葬仪号。1942年元旦，珍珠港举行了一次追思弥撒，向死难者致敬。数百名参加者都佩戴花环，以示对亡灵的敬意。六名夏威夷少女唱起“珍重再见”的歌曲，在沉重肃穆的气氛中太平洋舰队牧师威廉·麦圭尔坚定地说：“我们不是以悲哀的心情来埋葬死者，他们死时是大丈夫，入土时也是大丈夫。无论如何，我们一定要为他们报仇！”——这就是珍珠港事变之后，所有人的心声！
从军事意义上讲，日军偷袭珍珠港和12月9日空袭美军在菲律宾的航空兵基地，12月10日击沉英国远东舰队的“威尔士亲王”号战列舰和“反击”号战列巡洋舰。一举消灭了盟军在东南亚和太平洋上的三支最具威力的部队——即美国的太平洋舰队，美国驻菲律宾的航空兵和英国远东舰队，取得了在东南亚的制空权和制海权，为日军横扫东南亚奠定了基础。
从军事理论上讲，偷袭珍珠港和12月10日击沉“威尔士亲王”号、“反击”号两艘军舰，充分说明了航空母舰已取代战列舰成为海战的霸主。美国主观上吸取了珍珠港的教训，摒弃了旧的传统海战理论，客观上其战列舰部队已受到毁灭性打击，只能组织以航空母舰为核心的舰队来实施海上作战，并在实践中不断改进和提高完善，逐渐创造摸索出一整套航母为核心的特混舰队的战略战术。反观日军，作为偷袭珍珠港的创造者，并没有深刻认识到航空母舰及其舰载机在海战中所起的决定性作用，仍然沉湎于旧的传统的战列舰海上决战理论，因循守旧，最终抵消了在偷袭珍珠港中所取得的物质上的战果。
美军蒙受巨大损失的原因主要有：
第一没有看到武器装备的发展给海战方式带来的巨变，仍认为海战的决定力量是战列舰，海战的主要手段是战列舰之间的海上决战。所以认为珍珠港距日本有3000海里之遥，在日军舰队的有效攻击范围之外。这一论点就是以战列舰为核心的舰队的作战半径来衡量。最终使得对日军的作战方向和目标产生错误判断。
第二盲目自大，轻视敌手。美军自恃其海军实力雄厚，十分轻视日军的战斗力，认为日军不敢发动战争，日军的航空母舰不具备远程奔袭的能力，也研制不出浅水鱼雷，所以错误判断一旦战争打响，日军首先会攻击东南亚，而不是珍珠港。因此在美日关系极度紧张之时，美军只是命令东南亚的部队进入戒备，甚至于对一些明显的战争征兆，视若无睹。早在1941年1月，美国驻日大使格鲁就向美国国务院报告，日本一旦与美国开战，将首先袭击珍珠港。但这一信息，美军不以为然。此后，美国还多次截获日本收集珍珠港情报的电文，多次发现在珍珠港活动的日本间谍，但都被当作一般的情报活动而未加重视。在偷袭的前夕，美军情报部门截获并破译了日本驻檀香山领事馆用密码报告的有关珍珠港美军军舰动向的情报，同时发现日本领事馆正在大量焚烧文件。还发现日军一反六个月改变密码和呼叫代号的惯例，在一个月里两次变更密码和呼叫代号。像这样的显而易见而又重要的迹象，都没有引起重视。特别是美国陆军情报处代号为“魔术”的小组，破译了日本的外交密码，从而获悉日本将拒绝“赫尔备忘录”，并于华盛顿时间12月7日下午一时递交最后通牒，便判断出这一时间将意味着在太平洋某处的美军遭到袭击。罗斯福总统也认为这意味着战争。但是美国军方据此情报发出的进入戒备状态的命令，却不是由军方的电台发出，而是由商业公司的电报网发出。当这一命令到达珍珠港时，空袭已过去几小时了。
第三疏于戒备，虽然在夏威夷的美军没及时收到进入戒备的命令。但是，在太平洋上美日之间的矛盾已处于极度紧张的时刻，夏威夷的防御仍非常松懈，原定的飞机巡逻措施从未付诸实施。星期日，停泊在港内的军舰上照例有官兵上岸休假，情报中心停止工作，甚至檀香山和夏威夷军区司令部所在地谢夫特堡之间的电报通讯机构也停止办公。以致于在遭到日军袭击时，通信中断，指挥瘫痪。此外，港内停泊的军舰密集排列，有的甚至是并列停靠，一旦遭袭，根本无法机动，还遭受到旁边军舰爆炸和大火的波及。而且夏威夷军区无视美国海军在1940年11月英军空袭意大利塔兰托军港后要求各海军基地加强防鱼雷措施的命令，认为日军造不出浅水鱼雷，而防鱼雷网反倒影响军舰出入，所以未加落实。事实上正是日军的浅水鱼雷给了美军最大的打击。
第四美国没有完善的战略情报综合分析判断机构，珍珠港事件之后，美国在调查中发现国防和军事战略情报机关不健全、不统一，也是导致国家统帅决策机关战略判断失误的重要因素。亡羊补牢，美国迅速在珍珠港事件后建立健全了战略情报机关，相继成立参谋长联席会议、战略服务处、战略情报局和联合情报委员会等机关。其中于1942年2月成立的参谋长联席会议，作为美国总统、国会和国防部长的主要军事咨询机关，同时也是美国武装力量的最高军事领导机关，是由陆海空三军参谋长组成，主席由总统从三军将领中选拔任命，并将参议院批准，其职能是拟定战略、动员及后勤保障计划，根据总统和国防部长的命令指挥美军的军事行动，并协调与盟国及各军兵种之间的战略协同。战略服务处作为参谋长联席会议的直属咨询机关，其成员多为军事专家和学者，主要进行战略情报预测和战略决策的顾问，及时以报告和建议的形式向参谋长联席会议提出咨询意见。战略情报局负责为参谋长联席会议搜集和分析战略情报，并规划和实施参谋长联席会议所下达的特别行动，该局就是日后赫赫有名的中央情报局的前身。联合情报委员会由陆海空三军情报机关、国务院、战略服务处和对外经济委员会的代表组成，统一对战略情报进行收集、分析和判断，向总统和参谋长联席会议提交战略判断报告。这些机关在战略情报方面所从事的工作确实在战争中发挥了重大作用。
除了以上原因，还有史学家认为，美国早已获知日军的偷袭计划，珍珠港事变只不过是罗斯福的苦肉计。因为当时美国国内孤立主义思想非常严重，使得罗斯福总统很多援助英、苏、中等国的计划受到擎制，而作为极富远见的杰出政治家，罗斯福很清楚，如果不及时援助正在艰苦奋战的英、中、苏等反法西斯国家，等到轴心国确实控制了欧亚大陆后，美国将无力独自抵抗已经根基牢固的德、意、日轴心国。所以早参战比晚参战有利，但国内的孤立主义只图眼前利益，不愿参战。因此罗斯福不惜以珍珠港为代价，唤醒民众的觉醒和敌忾，粉碎孤立主义的幻想。——12月8日，罗斯福在国会的参战演讲和战争咨文获得了一致赞同，孤立主义一夜之间烟消云散。
另据五十年后解密的档案透露，珍珠港事变的前一天，即12月6日，从马来亚哥达巴鲁机场起飞的澳大利亚空军的1架侦察机发现了正向马来亚航行的日军登陆舰队，立即报告上级，并要求加派其他飞机来接替跟踪。但是，盟军驻远东空军司令英国空军上将布鲁克却命令取消跟踪监视。驻澳大利亚的美军代表史密斯上校得知这一消息，立即要求通报美国。但澳大利亚战时内阁拖延十二小时后才批准史密斯的要求。这份报告实际上直到十七小时后才经夏威夷转到华盛顿，早已失去了价值。布鲁克和澳大利亚战时内阁的这些令人疑惑的举动最合乎逻辑的解释是：处于艰难困苦中的英国，为了使美国早日参战，即使是以马来亚遭偷袭为代价也是值得的。最有力的佐证就是英国首相丘吉尔在得知珍珠港遭偷袭后的日记里写到：这是一个好消息！ （周明）
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