1941年12月7日凌晨，从六艘航空母舰上起飞的第一攻击波183架飞机，穿云破雾，扑向珍珠港。7时53分，发回“虎、虎、虎”的信号，表示奇袭成功。此后，第二攻击波的168架飞机再次发动攻击。仓促应战的美军损失惨重，8艘战列舰中，4艘被击沉，一艘搁浅，其余都受重创；6艘巡洋舰和3艘驱逐舰被击伤，188架飞机被击毁，数千官兵伤亡。日本只损失了29架飞机和55名飞行员以及几艘袖珍潜艇。
日本海军一支由六艘航空母舰为主力的舰队在海军中将南云忠一的指挥下离开日本开往珍珠港。途中舰队保持彻底的无线电静默。除这六艘航空母舰外日本舰队还包括两艘战列舰、三艘巡洋舰、九艘驱逐舰和三艘潜艇。此外还有八艘油轮和两艘驱逐舰只开到北太平洋等候。
该舰队的飞机轰炸了欧胡岛上所有的美军机场和许多在珍珠港内停泊的舰艇，包括那里的战列舰。地面上几乎所有飞机被摧毁，只有少数飞机得以起飞和还击。12艘战列舰和其它舰船被击沉或损坏。188架飞机被摧毁，155架飞机被破坏，2403名美国人丧亡。仅亚利桑那号战列舰爆炸沉没时就有上千人死亡。
这次战斗的第一炮和第一个牺牲者是美国一条驱逐舰对日本的一艘微型潜艇的攻击。那艘微型潜艇被击沉。日本一共出动了五艘微型潜艇，它们打算在空袭开始后对美国船只施放鱼雷，五艘船后来都被击沉，其中只有四艘后来被找到。这五艘船上的十名水手中只有一人幸存，酒卷和男被俘，他是美国在二战中的第一个俘虏。
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。
7:02：位于欧胡岛北部的一个雷达站在岛被132海里处发现不明飞机。
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驶入珍珠港内的日本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。
8:40—9:15：轰炸机的攻击。
8:40：一艘美国驱逐舰与一艘日本潜艇相撞并开始投深水炸弹。潜艇受伤后上浮。一个地方电台报导日本空袭。
8:50：第二波攻击指挥官下攻击令。
8:54：第二波攻击开始。54架轰炸机和78架俯冲轰炸机进行攻击，36架战斗机夺取制空权。
9:00：一艘荷兰的远洋轮是第一个参加战争的同盟者。
9:15—9:45：俯冲轰炸机进攻。
9:30：港外和岛北的船只受到攻击。
9:45：进攻减弱。
10:00：第一波飞机回到停在岛北180海里的舰队。
11:15：夏威夷总督在电台中宣布整个夏威夷领地进入戒严状态。
11:46：有人报告日军在欧胡岛登陆。
12:10：美国侦察机飞向岛北但未能发现任何敌机或敌舰。
12:40：夏威夷总督和美国总统同意在夏威夷引入战时法并建立军政府统治。
13:00：日军飞行队队长与南云中将讨论进行第三波攻击的可能性。
13:30：南云下令返航。
16:25：夏威夷总督签署战时法。
