Kế hoạch tập kích được chuẩn bị rất kĩ, kéo dài trong 6 tháng với số người tham gia rất hạn chế do Đô đốc Y-a-ma-mô-tô trực tiếp chỉ đạo.
Trước chiến dịch, Nhật tiến hành trinh sát điện tử, thu tin về các lực lượng Mỹ đóng quân ở căn cứ, nhất là lực lượng tàu, máy bay và việc bố trí hệ thống phòng thủ Trân Châu cảng. Tiếp đó, tổ chức huấn luyện trên thao trường và diễn tập ở khu vực có điều kiện địa hình giống hệt Trân Châu cảng. Quân Nhật cũng khẩn trương cải tiến vũ khí cho phù hợp với thủ đoạn tác chiến, điều kiện địa lí của chiến trường.
Ngày 18-11-1941, 27 tàu ngầm của Nhật (trong đó có 5 tàu ngầm mi-ni) rời căn cứ hành trình về phía đông. Ngày 6-12, binh đoàn tàu ngầm này chiếm lĩnh các vị trí quy định xung quanh Ha-oai. Máy bay trinh sát hải quân Mỹ phát hiện tàu ngầm Nhật và dự đoán phía Nhật sắp tiến công, tuy nhiên lại không đề ra các biện pháp đề phòng.
Ngày 26-11, binh đoàn sân bay Nhật gồm 33 tàu các loại, trong đó có 6 tàu sân bay chở 353 máy bay chiến đấu, 2 tàu thiết giáp, 3 tàu tuần dương, 11 tàu khu trục, 3 tàu ngầm, 8 tàu phục vụ xuất phát đi Ha-oai; binh đoàn được đặt dưới quyền chỉ huy của phó đô đốc Na-gu-mô Chiu-chi. Quân Nhật giữ bí mật tuyệt đối về thông tin liên lạc, trao đổi bằng vô tuyến giả để nghi binh, làm phía Mỹ lầm tưởng rằng binh đoàn tàu sân bay Nhật vẫn ở căn cứ I-tu-rúp, quần đảo Cu-rin. Do vậy, một khối lực lượng, phương tiện khổng lồ hành quân trên một quãng đường dài đến gần 6.300 hải lí, đêm 6-12 đến tập kết ở vị trí cách bắc Ha-oai 230 hải lí mà không hề bị phát hiện.
Chủ nhật, 7-12-1941 là một ngày đẹp trời, biển êm, sóng lặng, ít mây. Là ngày nghỉ nên phần lớn binh sĩ Mỹ đều lên bờ. Các cửa vào căn cứ, hôm đó lại mở để đón các tàu trở về sau những ngày tuần tra tác chiến. Các con tàu đều mở hết các nắp lên boong, các cửa đều thông khoang và kín nước; ở tình trạng này, các con tàu thường khó bảo vệ sự sống còn khi có sự cố.
7 giờ 55 phút, từ 6 tàu sân bay neo ở phía bắc Ha-oai, quân Nhật sử dụng 183 máy bay mang theo bom, tên lửa đồng loạt và bất ngờ bắn phá các hạm tàu lớn và máy bay Mỹ đậu trên sân bay của căn cứ. Ra-đa trên đảo phát hiện, nhưng cho rằng đó là máy bay quân nhà nên không báo động. Sau 1 giờ bắn phá, quân Nhật bắn chìm 3 tàu thiết giáp; gần một nửa số máy bay Mỹ bị phá hủy và loại ngay khỏi vòng chiến đấu; số còn lại bị chế áp và do đường băng bị hỏng nên không cất cánh được, đành nằm phơi lưng chịu trận.
Từ 8 giờ 40 phút đến 9 giờ 15 phút, quân Nhật sử dụng 167 máy bay từ nhiều hướng với nhiều nhóm chiến thuật, mang bom, ngư lôi tiếp cận ở độ cao thấp, cư li ngắn ném bom, phóng ngư lôi vào các con tàu Mỹ trú đậu tại cảng. Đa số tàu bị cháy và chìm ngay tại cảng, một số kịp rời cảng cơ động chống trả nhưng đã quá muộn, nên cùng chịu chung số phận. Hệ thống phòng không căn cứ và phòng không trên tàu bị bất ngờ nên hầu như tê liệt, hiệu quả chống trả thấp.
Sau 3 giờ tập kích, phần lớn lực lượng Hạm đội Thái Bình Dương của Mỹ đóng tại Trân Châu cảng về cơ bản bị tiêu diệt. Phía Mỹ chết và bị thương gần 4.500 quân; 6 tàu tuần dương và tàu khu trục, 8 tàu thiết giáp, 19 tàu chiến đấu khác và 270 máy bay bị tiêu diệt và loại khỏi vòng chiến đấu. Hạm đội Thái Bình Dương bị tê liệt cả năm sau. Phía Nhật tổn thất 20 máy bay, 6 tàu ngầm, trong đó có 5 tàu mi-ni.
Phía Mỹ thất bại do chủ quan, lơ là, mất cảnh giác, khả năng sẵn sàng chiến đấu không cao, không áp dụng các biện pháp phòng ngừa ngay khi phát hiện thấy dấu hiệu rõ ràng bị tiến công.
Phía Nhật giành thắng lợi do nhiều nguyên nhân, nhưng nguyên nhân chi phối nhiều nhất là đã phát huy tối đa thủ đoạn nghi binh đánh lừa đối phương.
Đăng Song