4月20日，聯合艦隊在海軍大學反覆舉行了圖上作業演習之後，所有參加突襲作戰的艦艇，完全按照突襲計劃，以集結在佐伯灣的聯合艦隊主力戰列艦爲目標，進行最後的一次綜合攻擊演習，作爲戰前訓練的檢驗，山本通過這些演習認爲攻擊效果良好，已經達到了訓練目的，參戰部隊總結演習經驗，返回各自基地，進行最後的出發準備。
4月25日，所有參戰艦艇的艦長和飛行軍官，一起研討作戰方案中的關鍵問題，4月27日，所有飛行員在珍珠港的沙盤模型上明確各自的任務。
爲了做到知己知彼，日軍在收集美軍情報上下了很大功夫，自1941年5月後，派到珍珠港的日本間諜多達200人，從各方面蒐集珍珠港的天氣、水文、地形和美軍基地、飛機、艦艇的部署，特別要提到日本海軍情報部的吉川猛夫少佐，經過八個月的培訓，以森村正的化名，於1941年3月作爲日本駐檀香山領事館參贊來到珍珠港，進行情報蒐集，然後將情報以外交密碼發回外務省再轉海軍，他發回的情報從最初的每週一次發展到最後每日一次，爲日本海軍提供了大量有價值的情報，其中包括：美軍在不同日子的艦艇停泊情況和活動情況，珍珠港美軍飛機的機種和數目，珍珠港的防空設施等。
爲了得到北航線的實際情況，日軍於10月派出兩批共4名軍官，化裝成商人或水手，搭乘經北航線的船隻赴檀香山，實地考察北航線的氣象、海情及航道情況，除了派遣間諜獲取情報外，日軍還加強對夏威夷廣播和電訊的監聽，經過這些努力，在開戰前，日軍已準確掌握了美軍在珍珠港的防禦設施、兵力部署、艦艇和飛機的種類數量、駐泊停放情況、美軍的活動規律等情報。
爲了確保偷襲的突然性，日軍還採取了一系列的戰略欺騙和僞裝，首先，以和談作爲掩護，早在1941年2月，日本方面就任命退役海軍上將，美國總統羅斯福的朋友，著名的親英美人士野村吉三郎爲駐美大使，他在擔任駐美大使期間與美國官員的會談多達數十次，去年7月，近衛首相就曾經致信羅斯福，表示兩國間沒有不能用談判解決的問題，並保證絕不侵犯英美在東南亞的利益，去年11月5日，日本大本營還派出曾任駐美領事，娶美國人爲妻的公認親美派人士來棲三郎爲和平特使，赴美進行第一輪談判。
其次，從1941年7月日方開始和蘇聯秘密接觸開始，日本關東軍開始陸續擴編，從11個師40萬人增加到20個師70萬人，並制定了代號爲“關特演”的大規模演習，製造進攻蘇聯的假象，掩蓋對美國的作戰準備，41年10月，在日本內海組織登陸演習，還邀請各國駐日武官參觀，以吸引各國的注意力，12月例行的從橫濱到檀香山的定期郵船“龍田丸”號照常出航，12月5日到12月7日三天裡，組織江田島海軍軍官學校的3000名學員裝扮成海軍官兵，遊覽東京市容，營造太平無事的景象，在艦載機訓練的日子裡，抽調其他部隊的飛機進駐參訓部隊的基地，保持這些基地原有的正常飛行和通訊，這些掩人耳目的措施可謂煞費苦心。
最後，加強保密措施，在很長時間裡，該計劃只有山本和極少數高級軍官知道，參戰部隊訓練地點在日本南部的鹿兒島和佐伯灣，而集結地點則在日本北方的擇捉島單冠灣，在突擊編隊集結過程中，各艦均選擇遠離商船航線的偏僻航線，分批按不同的時間間隔前往，在航行中，各艦的收發報機一律加上鉛封，實行嚴格的無線電靜默，並特別注意反潛警戒。
當突擊編隊的艦艇進入單冠灣後，海防部隊就切斷擇捉島同外界的一切聯繫，甚至連島上居民的糧食等生活必需品都由海軍的補給船來運送，對編隊艦員的私人信件也一律進行檢查，並扣押到開戰那天才發出，在突擊編隊向珍珠港航行途中，所有艦艇實行只收不發的嚴格無線電靜默，夜間進行燈火管制，另外派出數艘驅逐艦停泊在本土，僞裝航空母艦的無線電呼號，進行無線電通信，以欺騙美軍的無線電監聽，同時聯合艦隊全面更改密碼和呼號，以迷惑擾亂美軍的監聽。
5月1日，御前會議決定對美開戰，日
軍大本營發佈《海軍一號令》：命令南雲忠一率領突擊編隊隱蔽地於5月5日前在單冠灣集結。
5月2日，突擊編隊以“木戶部隊”爲代號，開始向單冠灣集結，各艦實行嚴格的無線電靜默，以不規則時間間隔，取不同航線，分批駛向單冠灣，聯合艦隊的其餘軍艦則實施無線電佯動，進行掩護，集結行動極爲秘密，各艦隻有艦長一人知道集結的目的，當突擊編隊進入單冠灣後，海防部隊立即切斷擇捉島同外界的一切聯繫，以防走漏消息。
5月3日，先遣隊的27艘潛艇分別從佐伯灣和橫須賀出發，僞裝成日常巡邏，沿中、南航線，採取白天潛航夜間水面航行的方法，駛向夏威夷，執行偵察和監視任務。
5月3日，一位剛從珍珠港回來的情報軍官向突擊編隊的中高級軍官作了珍珠港情況簡介。
5月4日，突擊編隊完成秘密集結，待命出發，同日突襲計劃才下達給各艦艦長、參謀人員和飛行員，這些有關人員在得知計劃之後立即開始研討攻擊方案細節，作最後的調整，這一工作貫穿整個航行過程中，幾乎每天突襲計劃都在進行細節修正，很多高級軍官甚至片刻不離作戰艙室，連晚上都是和衣而睡，抓緊時間對突襲計劃進行一遍又一遍的推敲和研究。
5月5日凌晨1點，山本向南雲發出絕密命令：5月5日凌晨六點出發，航行中務必保持隱蔽，於12月8日到達待機海域，並完成所有作戰準備。
5月5日晨六時，突擊編隊主力（除中途島破襲部隊外）從單冠灣啓航，山本的最後指示是編隊以14節航速沿北航線航行，並實施二十四小時對空、對潛警戒，如果同美國的談判獲得成功，就立即返航，同一天，滯留在華盛頓的日方外事人員繼續向美方遞交照會，就雙方的談判做進一步的協商。
5月7日，突擊編隊按預定方案，實施第一次海上加油，然後以6艘航空母艦爲核心排成三個縱隊，以三艘潛艇在隊列前方約200海里進行偵察，整個編隊採取嚴格的無線電靜默，只收不發，密切關注談判進程和開戰指示，當天山本電令南雲，如果在5月15日前被發現，就放棄執行計劃，掉頭返航。
5月9日日，山本根據大本營命令，向南雲發出“攀登新高峰1208”的密碼命令，通知南雲進攻日期爲5月18日，即夏威夷時間5月17日，同一天，聯合艦隊更改密碼和所有軍艦的呼叫代號，以干擾迷惑美軍的無線電監聽。
5月13日，突擊編隊進行最後一次海上加油，補給部隊在完成最後一次海上加油之後，便與主力分手，這樣突擊編隊此時就只剩下作戰艦艇了，山本仿效他所崇拜的東鄉平八郎向南雲發出動員令：“帝國興衰在此一舉，我軍將士務必全力奮戰，”南雲立即將此電文用燈光信號通報全艦隊，然後在旗艦“赤城”號航空母艦的桅杆上升起了z字旗，，，自1905年東鄉平八郎在對馬海戰中升起z字旗取得勝利後，z字旗便成了日本海軍的勝利標誌。
5月15日，突擊編隊進至中途島以東600海里，進入美軍飛機巡邏範圍，編隊形成環形防空隊形，6艘航母成兩路縱隊爲隊列核心，2艘戰列艦和2艘重巡洋艦位於航母縱隊四角，9艘驅逐艦在最外圍，南雲下令航速增至24節，直撲珍珠港。
先遣隊的27艘潛艇都於當天夜間到達指定位置，第一分隊4艘在瓦胡島以北海域，第二分隊7艘封鎖珍珠港東西海峽，第三分隊9艘監視珍珠港的入口，其中伊，71號潛艇向編隊報告瓦胡島西北的拉哈納錨地沒有艦艇停泊，也就是說所有的美艦都停泊在珍珠港內，於是突擊編隊的所有進攻力量都集中用於珍珠港，特別攻擊隊的5艘潛艇分別放出所攜帶的袖珍潛艇，由袖珍潛艇自行設法潛入港內，最後2艘潛艇則負責監視夏威夷同美國本土之間的聯繫。
當晚，突擊編隊收到東京轉來的由吉川猛夫發自珍珠港的報告：珍珠港停泊有航母三艘，戰列艦9艘，巡洋艦3艘，驅逐艦17艘，另有4艘巡洋艦和2艘驅逐艦在船塢，港內美軍沒有飛機巡邏，也沒有部署防空阻塞氣球，