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日本参加这次袭击的航空母舰是赤城号（旗舰）、加贺号、苍龙号、飞龙号、翔鹤号和瑞鹤号。这六艘航空母舰共计搭载舰载机414架，其中包括战斗机、鱼雷轰炸机、俯冲轰炸机和水平轰炸机，其中55架被毁。这些飞机分两波攻击。南云中将决定放弃第三波攻击而将主力撤回。
根据当事人报导和后来美国和日本军方发表的军事文件袭击珍珠港的过程如下： 3:42：一美国扫雷艇在檀香山港前发现一个潜望镜。
6:00：距珍珠港370海里的航空母舰企业号从370海里外派出18架侦察机飞往珍珠港。
6:10：南云中将得到攻击的命令后下令第一波起飞。日本舰队此时位于欧胡岛北220海里。
6:20：第一波的183架轰炸机和战斗机起飞飞向珍珠港。
6:30：一艘美国供给船在珍珠港外发现一艘潜艇。这个发现被传递给一艘美国沃德号驱逐舰，一架侦查机被遣往当地。
6:45：沃德号驱逐舰向潜艇发动攻击。潜艇被击沉。
6:53：沃德号驱逐舰报告攻击潜艇。
7:10：雷达站向空防司令部报告发现不明飞机的消息。
7:15：攻击潜艇的报告到达美军司令部。与此同时167架第二波日本飞机起飞。
7:20：美军空防司令部认为不明飞机是从大陆来的B-17轰炸机，他下令雷达站关闭。
7:40：第一波到达瓦胡岛北岸。
7:49：第一波指挥官下达攻击令。
7:53：第一波指挥官向南云发送“虎！虎！虎！”的消息报告偷袭成功。
7:55—8:25：由鱼雷轰炸机和俯冲轰炸机进行的第一波攻击。
7:58：美国海军向所有船只发出警告：“珍珠港受空袭，这不是演习！” 8:00：从美国大陆来的B-17轰炸机和从企业号起飞的侦察机同时到达珍珠港，但他们毫无准备，因此无法插手。
8:02：内华达号战列舰开始对从右舷攻击的飞机开火。两架飞机被击落。内华达号在尾部受一条鱼雷。内华达号是唯一试图逃出珍珠港的战列舰，但它多次中弹后不得不在沙滩上搁浅以防止船沉没。
8:08：KGMB电台中止其节目号召所有军人回到他们的岗位上去。
8:10：亚利桑那号战列舰前部弹药库中弹爆炸，亚利桑那号在9分钟内沉没，80%船员阵亡。
8:12：夏威夷最高指挥官沃尔特·肖特向整个太平洋舰队和华盛顿报告：“与日本的战斗由一次向珍珠港的袭击开始。”
8:17：美国驱逐舰海尔姆号是第一艘开始对珍珠港内潜艇攻击的美国船只。
8:26：檀香山的救火队报告三人死亡和六人受伤（可能是被防空炮的子弹击中）。
8:39：一架水上飞机在港内发现一艘潜艇并对它开火。