日军偷袭珍珠港计划所有的细节都考虑得非常周密。首先在兵力编成上。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。舰载机共计423架。其中担负突击任务的354架。其中九九式俯冲轰炸机131架。九九式水平轰炸机104架。中岛B5N2九七式鱼雷机40架。三菱A6M2零式战斗机79架。其余69架飞机则负责保护编队安全。
所有攻击兵力分为突击编队和先遣编队。突击编队司令为南云忠一海军中将。下辖六支部队： 空袭部队。由南云直接指挥。包括“赤城”号、“加贺”号、“苍龙”号、“飞龙”号、“翔鹤”号和“瑞鹤”号6艘航母。任务就是出动舰载机攻击停泊在珍珠港的美军战列舰和航母。
警戒部队。由第一驱逐舰战队司令大森仙太郎海军少将指挥。编有“阿武隅”号轻巡洋舰和“谷风”号、“浦风”号、“滨风”号、“矶风”号、“不知火”、“霞”号、“霰”号、“阳炎”号和“秋云”号9艘驱逐舰。负责为空袭部队和补给部队提供警戒。
支援部队。由第三战队司令三川军一海军中将指挥。编有“比睿”号、“雾岛”号2艘战列舰和“利根”号、“筑摩”号2艘重巡洋舰。负责为空袭部队提供支援。主要是对付美军的大型水面军舰。
巡逻部队。由第二潜艇大队司令今和泉喜海军大佐指挥。由“伊。19”号、“伊。21”号和“伊。23”号3艘潜艇组成。在编队航线前方航行。担负侦察警戒。
中途岛破袭部队。由第七驱逐舰大队司令小西要人海军大佐指挥。由“潮”号、“涟”号2艘驱逐舰和“尻矢”号补给舰组成。任务是炮击中途岛牵制美军。
补给部队。由“极地”丸、“极东”丸、“健洋”丸、“国洋”丸、“神国”丸、“东邦”丸、“东荣”丸和“日本”丸等7艘油船组成。负责为编队进行海上加油。
先遣编队由第六舰队司令清水光美海军中将指挥。先于突击编队出发。下辖六支部队：
第一潜艇部队。由第一潜艇战队司令佐藤勉海军少将指挥。下辖“伊。9”号、“伊。15”号、“伊。17”号、和“伊。25”号4艘潜艇。在瓦胡岛东北展开。攻击美军可能出动反击的舰艇。
第二潜艇部队。由第二潜艇战队司令山崎重晖海军少将指挥。下辖“伊。1”号、“伊。2”号、“伊。3”号、“伊。4”号、“伊。5”号、“伊。6”号和“伊。7”号7艘潜艇。在瓦胡岛与考爱岛、莫洛凯岛之间的考爱海峡、卡伊威海峡展开。监视并伺机攻击美军。
第三潜艇部队。由第三潜艇战队司令三轮茂义海军少将指挥。下辖“伊。8”号、“伊。68”号、“伊。69”号、“伊。70”号、“伊。71”号、“伊。72”号、“伊。73”号、“伊。74”号、“伊。75”号9艘潜艇。在瓦胡岛以南海域展开。攻击美军可能出动反击的舰艇。
特别攻击部队。由第三潜艇大队司令佐佐木半九海军大佐指挥。下辖“伊。16”号、“伊。18”号、“伊。20”号、“伊。22”号和“伊。24”号5艘潜艇。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。必须在第一攻击波开始后才能乘乱从水下发射鱼雷进行攻击。
要地侦察部队。由2艘潜艇组成。“伊。10”号侦察斐济、萨摩亚群岛。“伊。26”号侦察阿留申群岛。
补给部队。由“隐户”丸、“东亚”丸、“新玉”丸、“第二天洋”丸、“日立”丸、“富士山”丸6艘油船组成。部署在本土和夸贾林群岛。为先遣部队的潜艇提供燃油补给。
为了保证两个编队的密切协同。山本规定一直到攻击开始前四天。都由南云统一指挥。 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。但來往商船频繁。而且距美方岛屿较近。易被美军发现。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。
先遣编队全部由潜艇组成。可以隐蔽地开赴战场。所以沒有规定航线。只要求避开美军岸基飞机巡逻即可。
突击机群起飞海域的距离。也是经过认重考虑的。太近容易被发现。太远又会使飞行员疲劳。影响战斗。几经研究。最后选定起飞海域为瓦胡岛以北200海里（约合370千米）。即北纬42°。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二小时。而且在舰载机起飞后。航空母舰便后撤一段距离。这样一來。日军飞机去时航程近。返回时航程稍远。美军如果派出飞机追击。那么往返航程都增加不少。增加美军追击的困难。
突击时间的选择更是煞费苦心。日方选择了星期日作为攻击发起的时间。因为根据美军的活动规律。出海的军舰通常在星期六返回。那么星期日在港内停泊的军舰最多。而且星期日人员休假也最多。戒备最松懈。综合各项情况。突击日定为5月17号星期日。突击时间为早晨六时起飞。八时实施攻击。
整个计划考虑周详。可谓滴水不漏。联合舰队有关的针对性强化训练早在前一年的8月下旬就已开始。山本亲自挑选并任命海军航空兵中具有3000小时飞行经验的顶尖飞行员渊田美津雄中佐担任训练总教官。负责对飞行员的训练。针对珍珠港水深仅10至12米的地形特点。鱼雷机飞行员集中在地形近似珍珠港的鹿儿岛的樱岛训练时。投雷高度从1000米逐渐下降。最后一直降低到20米。
鱼雷机训练基本动作完全模拟实战。接近港湾后先降低高度。以50米高度在峡谷中曲折穿行。一飞到海面就降低到20米。并立即向目标发射鱼雷。整个攻击动作反复进行演练。动作要领已经被飞行员牢记在心。日军科研部门研制成功装有木制稳定器的“改2”型浅水鱼雷。解决了在浅水海域使用鱼雷的技术难題。保证了鱼雷机在20米高度投雷60%的命中率。
水平轰炸机飞行员在有明湾海军轰炸靶场进行训练。日军在靶场上标出与美军战列舰同样大小的靶标。经过两周的单机和编队轰炸。飞行员的投弹命中率已高达80%。而且命中精度达到300米高度误差在30米内的极高水平。技术人员改进了投弹装置。并将800千克穿甲弹改装为航空炸弹。以加大炸弹威力。
俯冲轰炸机和战斗机飞行员也进行了针对性训练。都达到了训练要求。为了在空袭中取得更好战果所有飞行员还强化进行了对美军舰艇的识别训练。 由于第五航空战队的“翔鹤”号和“瑞鹤”号航母。是去年的9月才正式编入第一航空舰队建制。飞行员多是从岸基航空队调入。正忙于进行航母起飞和着舰的强化训练。沒有能参加上述的战前训练。所以山本决定。经过针对性训练的第一、第二航空战队攻击美军舰船。第五战队攻击机场。
与此同时。参战舰艇也进行了强化训练。水面舰艇主要是为适应北航线的气候特点。重点进行了恶劣气候下的海上加油训练。技术人员对加油设备进行了改进。还对加油方法进行了分析研究。帮助舰艇部队提高海上加油的效率。山本还担心如果无法从油船得到补给。作为后备方案还特别进行了从战列舰和航母向巡洋舰和驱逐舰进行海上加油的准备和训练。此外所有大型军舰都对不必要的设备和个人物品进行精简。将节省下的载重量全部装载燃料。以增加燃料储备量。
使用袖珍潜艇的决定直到4月21日才确定。还要在袖珍潜艇上加装切割反潜网装置和自爆装置。所以时间最为紧迫。在水下地形近似珍珠港的中城湾进行了紧张的鱼雷攻击训练。最后甚至还沒有來得及进行袖珍潜艇与母艇的合练就匆匆出发。 以上各部队的训练都是在极其秘密的情况下进行的。所有参训人员只知道训练要求。根本不知道训练目的。