“Ｚ计划”在所有细节上都考虑得非常周密。在兵力编成上，既要求具备强大的突击威力，又要避免编队过于庞大而被发现。最终确定为航空母舰6艘，战列舰2艘，重巡洋舰2艘，轻巡洋舰1艘，驱逐舰11艘，潜艇3艘，油船8艘，共计33艘舰船。舰载机共423架，担负突击任务的354架，其中九九式俯冲轰炸机131架，九九式水平轰炸机104架，九七式鱼雷机40架，零式战斗机79架，其余69架飞机则负责保护编队安全。编队司令为南云忠一中将。另外，还有27艘潜艇组成先遣队，先期出发。其中22艘负责侦察，5艘为特别攻击队，各携带1艘袖珍潜艇，在空袭前将袖珍潜艇放出，由袖珍潜艇自行潜入港内，乘轰炸时的混乱从水下发射鱼雷进行攻击。
航线选择方面，从日本本土到珍珠港，通常有三条航线：一是经阿留申群岛的北航线。二是经中途岛的中航线。三是经马绍尔群岛的南航线。这三条航线各有利弊，北航线远离美军岸基航空兵的飞机巡逻范围，而且一般无商船航行，便于隐蔽。但气候恶劣，风大浪急，海上加油比较困难。中、南航线，气候宜于航行，但来往商船频繁，而且距美方岛屿较近，容易被发现。经过再三比较，特别是出于保密的考虑，最后日军选择了北航线。飞机起飞海域的距离，也是需要考虑的。太近容易被发现，太远又会使飞行员疲劳，影响战斗力的发挥。几经研究，最后选定起飞海域为瓦胡岛以北200海里，即北纬12°，西经170°海域。
根据当时日军飞机的航速推算，从起飞到飞抵珍珠港需要约2小时。而且在舰载机起飞后，航空母舰便后撤一段距离。这样一来，日军飞机去时航程近，返回时航程稍远。美如果派出飞机追击，那么往返航程都增加不少，使美军追击困难。
突击时间的选择更是煞费苦心。首先，要在马来亚登陆的同时发起，就必须选下半夜有月光的日子，即下弦月的日期，因为登陆是在拂晓，为便于作战的顺利完成下半夜必须有月光。其次，要选在星期日，因为根据美军的活动规律，出海的船舰通常在星期六返回，那么星期日在港内停泊的军舰最多，并且星期日人员休假也最多，戒备最松懈。综合各项情况，突袭定为12月8日（华盛顿时间为7日），农历十九，下弦月，星期日。突击时间为早晨6时。后由于参战的第五航空战队的两艘航空母舰上的飞行员没进行过夜间飞行训练，所以把突击时间改为早晨6时起飞，8时实施攻击。
整个计划考虑周密，可谓滴水不漏。