0740 时，渊田美津雄按照事先定好的信号发射了一发信号弹， 他决定采用奇袭方案，先由鱼雷 机对港内的战舰进行攻击，俯冲 轰炸机和水平轰炸机随后攻击机 场并进行后续攻击，但在这一开 始就出现混乱：由于负责掩护的 零战队队长板谷茂少佐被云遮挡 没有看到信号，渊田在看到他没 有回应后又打了一发信号弹，结 果被舰爆队队长高桥赫一少佐误 认为是强攻信号，立即带领九九 舰爆机群扑向福特岛机场，而水平轰炸机机队和鱼雷机机队则明白渊田的信号含义正准备采取奇袭方案攻击舰艇，结果被高桥的突然行动吓了一跳，但随即雷击队队长村田重治少佐立即决定机群降低到低空对福特岛东侧的战列舰舰群进行攻击。
珍珠港的“战列舰大街”，为渊田美津雄在日本攻击机群在空袭开始时刻所拍摄。
攻击开始后的福特岛的远景，可以看到鱼雷击中战列舰时产生的巨大水柱。一架B5N 鱼雷机正在脱离。
0755 时，比预定时间早 5 分钟，高桥的俯冲轰炸机机队投下了第一枚炸弹，惠勒尔机场首先遭到攻击，随后希卡姆机场、福特岛机场相继遭到攻击。而这时美国人还没有反应过来，有些人还以为是航空兵在进行轰炸演习。这时负责防空的 780 挺高射机枪有 75% 左右没有人值班，31 门高炮也只有4 门在阵地上而且炮弹还不在炮位上。最早对攻击做出反应的是系泊在码头上的“奥格拉拉”号扫雷舰，当日本人投下的第一枚炸弹在福特岛水上飞机机库附近爆炸后几秒种之后，该舰就由其信号台使用旗语发布了：“港内一切舰船出港！”的信号。三分钟后，美国海军福特岛航空站无线电台也发出了警报：“珍珠港遭到空袭！这不是演习！”又过了两分钟后，金梅尔上将下令将此警报向菲律宾和华盛顿进行转发，而这个警报后来也成为一个著名的警报信息。
日军俯冲轰炸机对机场的攻击可以说战果巨大，成排停放在机场上的飞机接连发生爆炸，黑色的浓烟夹着红色的火焰腾空而起，机场上到处都是纷飞的弹片和被炸碎的飞机等物品的残骸。
已经投弹完毕后脱离的九七舰攻，下方的弹架呈张开状态。
美国海军航空站人员在扑灭被击中的 PBY 巡逻机上的火
尽管俯冲轰炸机率先采取的行动所产生的浓烟影响了鱼雷机的攻击，但是由于各舰船此时都处于停泊状态，因此依旧是很容易攻击的目标。此时作为太平洋舰队的主力的 6 艘战列舰呈两排停在福特岛东南侧的泊位上，所有舰只的舰艏向着出港方向的西南方向，自南向北依次为：“马里兰“号、”田纳西“号、”亚利桑那“号和” 内华达“号，在”马里兰“号和”田纳西“号的外侧分别是”俄克拉荷马“号和”西弗吉尼亚“号， 在”亚利桑那“号旁边则有一艘修理舰正在向这艘战列舰运送补给物资。在这个被称为”战列舰大街“的泊位的左前方，停靠着”加利福尼亚“号战列舰。在岛的另一边的西北侧泊位上，停靠着两艘巡洋舰以及已经改为靶舰的”犹他“号战列舰。尽管此时空袭行动尚未完全展开，但是既没有地面上的防空炮火，也看不到空中的战斗机， 没有任何理由认为这次攻击不会获得巨大成功， 因此在 0802 时，渊田机在鱼雷机尚未开始投放鱼雷之际便发出了表示奇袭成功的信号：”トラ！ トラ！トラ！“该信息很快就传到了停泊在广岛湾内的联合舰队旗舰”长门“号上，文书兴奋地跑到联合舰队司令长官跟前，大声报告对珍珠港的奇袭成功，山本五十六却无动于衷地继续同他的参谋长继续下着将棋。
驱逐舰“肖”号发生大爆炸
0756 时，攻击的鱼雷机在村田重治的带领下急剧下降高度并开始转弯，扑向“战列舰大街”， 九七舰攻最后距离海面仅有 15-30 米左右高度，向停泊中的战舰发射出鱼雷，其中第一队 16 架负责攻击福特岛两侧的战舰，第二队的24 架爬高绕过希卡姆机场和海军码头攻击福特岛东侧的战列舰群。此时通知早餐的钟声和教堂里的钟声正在敲响，但是旋即便被淹没在爆炸声和机枪（炮）的扫射声中。第一架发动攻击的九七舰攻使用机枪向“内华达”号进行扫射，将舰艉部的美国国旗撕烂，随后其余的日本鱼雷机贴着海面相继发射鱼雷，停在“战列舰大街”外侧的“俄克拉荷马”号首先中雷，巨大的水柱伴随着爆炸声腾空而起，紧接着“西弗吉尼亚”号、“加利福尼亚”号相继中雷。战列舰上的数千人对星期日早上遭到攻击完全没有任何思想准备，当最初的空袭警报传过来时很多人还在想在星期日遭到空袭简直是在开玩笑，但是随后传来的巨大爆炸声立即将他们拉回到现实中来。很快，慌乱中仓促迎战的水兵们跑向各自的岗位，而一些并不属于战斗岗位的士兵们也纷纷跑向距离自己最近的机枪和炮位上进行还击。
燃烧并下沉中的“西弗吉尼亚”号战列舰，在它的后面是“田纳西”号战列舰。
美国海军水兵乘坐消防船试图熄灭“西弗吉尼亚”号上的火， 此时该舰已经坐沉。
在鱼雷机攻击结束后，渊田带领的水平轰炸机于 0805 时开始对避开了鱼雷攻击的战舰开始进行轰炸，这时美国人已经反应过来开始进行还击，虽然还击的火力显得比较凌乱，但已经变得猛烈起来。渊田的座机在攻击过程中被击中，他的座机的左侧被打出一个洞，驾驶设备被打坏， 但是并不危及飞行。“加利福尼亚”号在被两枚鱼雷击中后又遭到水平轰炸机的炸弹击中引发弹药库爆炸，“俄克拉荷马”号稍后在左舷被击中5 枚鱼雷后又被俯冲轰炸机投下的炸弹击中，随即该舰向左倾覆，410 多人被困在舰内（后有 30 余人获救，其余人员无一生还）。
当时这艘战列舰上的高级军官都已经登岸进行休假，而且舰上的水密门并没有关闭，因此在被击中后迅速一侧严重进水。而接连被击中 5 枚鱼雷的“西弗吉尼亚”号在舰长的命令下紧急进行注水，因此该舰未重蹈“俄克拉荷马”号的覆辙，而是平稳的坐沉下去。该舰随后遭到猛烈的扫射和轰炸，舰长默文 . 本尼昂上校遭受致命伤。
珍珠港事件时的美国陆军航空队驻珍珠港的 P-40B/C 战斗机侧视图。其中的这架 160/15P 由乔治 . 韦尔奇上尉驾驶，同肯内斯 . 泰勒上尉驾驶的316/15P 号一起击落了 2-4 架敌机。这两位成为后来影片《珍珠港》中两位主角的原型，不过他们可没有那段爱情故事，也没有参加过袭击东京，只是因为恰好将其分散到一座小机场才没有遭到袭击，从而得以给予敌人反击的机会。第 15 中队是珍珠港事件时美国陆军航空队取得战果最多的中队。
由雷蒙 . 斯文森上尉驾驶的 B-17C 型轰炸机，他在降落时被日军飞机击中，机内的信号弹被引爆导致飞机在落地时后部机身断裂。飞往珍珠港的 12 架 B-17 全部被击毁。
0810 时，在“俄克拉荷马”号右后方的“亚利桑那”号在被 4 枚800kg 炸弹击中后引爆了前方用于进行飞机弹射的黑火药库，随后其主炮塔火药库被引爆，目击者看到这艘战列舰的 2 号炮塔的炮管中突然冲出一团火焰，随后前部弹药库发生爆炸，前主桅向前倾斜并倒塌，巨大的爆炸将这艘战列舰的前部完全炸毁，“亚利桑那”号的前部随后沉没，包括舰长范 . 瓦尔肯伯格上校和第一战列舰分舰队司令基德少将在内的 1177 名官兵阵亡。其后半段则留在海面上，被浓烟和烈火包围。渊田投下的 4 枚炸弹中有 2 枚击中“马里兰”号，该舰坚实的甲板抵抗住了攻击，实际上该舰是珍珠港事件中受损的战列舰中最轻的一艘，仅三个多月之后便又重新服役。其余的几艘战列舰随后也遭到集中攻击，由于爆炸的黑烟遮挡了视线，从空中看下去的话攻击效果并不明显。
“田纳西”号中了两枚炸弹，受伤不重，而“亚利桑那”号爆炸飞起的残骸击中该舰的上层建筑，造成部分位置起火。“加利福尼亚”号是最后遭到攻击的， 舰桥下部的舰体被鱼雷击中，最后坐沉。“内华达” 号在第一攻击波次中只被击中一枚鱼雷，而向其投放鱼雷的 B5N 除了一架之外均被这艘战列舰上的防空火力击落。
发生大爆炸的“亚利桑那”号
从加利福尼亚飞往珍珠港的 12 架 B-17 轰炸机卷入到战场上，这是从一架 B-17E 轰炸机上拍摄到的日本 D3A 九九舰爆俯冲轰炸机。
