5秒，第4架和第5架轰炸机不得迟于0.1秒，只有这样才能使弹着点覆盖目标，以保证至少1枚炸弹能够命中目标。以当时飞机编队80%的捕捉率，可以保证第一波次攻击能够有8个中队的8枚炸弹命中目标。
此外，当时飞机的投弹装置不是电动的，而是靠手拉投弹索来控制，这使得投弹的难度非常大。由于鱼雷攻击机无法对通常停泊在军港内侧的战列舰实施攻击，所以轰炸战列舰的任务交给水平轰炸机编队。如果要确保击沉一艘吨位巨大的战列舰需要用2枚800公斤的炸弹，所以水平轰炸机队将目标锁定在美军太平洋舰队4艘战列舰身上。
俯冲轰炸机编队的训练由江草隆繁负责训练和指挥，训练地点选在日本宫崎县的富高空军基地。作战方案中，俯冲轰炸机共计51架，每架飞机携带一枚250公斤重的特种炸弹。飞机从4000米高空开始俯冲，在400米高空投弹。在顺风条件下，还可以通过增加俯冲角度来提高投弹精度。51架飞机编成3个中队，同时攻击驻有战斗机的珍珠港惠勒机场、福特岛机场和驻有重型轰炸机的希卡姆机场。
战列舰和航空母舰等大型战舰，一旦遭到鱼雷和穿甲弹的攻击，即便没有沉没也会倾斜，从而使没有装甲的水下部分暴露出水面。因此，第二波次的54架水平轰炸机和81架俯冲轰炸机负责将这些军舰彻底摧毁。
为了保障己方攻击机的安全，第一波次攻击配备43架战斗机护航，第二波次攻击配备36架战斗机护航，负责消灭已经起飞的美军飞机。战斗机的训练、指挥由板谷茂负责，战前在日本九州佐伯空军基地和大村基地集中训练。
参战舰艇在此期间也进行了强化训练，为适应航线的气候特点，舰队对加油设备进行了改进。潜艇部队为夏威夷作战特别采用了新的秘密武器－袖珍潜艇，这种潜艇重约46吨，可以携带2枚鱼雷，有两名乘员操作，由普通潜艇携带，待接近珍珠港时放出，让它自行溜入港内实施攻击。
1941年1月27日，美国驻日本大使约瑟夫·格鲁向美国务卿赫尔报告∶“我的秘鲁同事告诉我的一个馆员，他从包括日本人在内的许多消息来源听到，当和美国出现麻烦时，日本武装力量企图动用全部军事手段大规模地偷袭诊珠港。他还说，虽然这个计划似乎令人难以置信，但他从多方面听到同样的信息，这促使他转告这个情报。”
美国国务院将格鲁大使发回的重要情报抄送给陆军部和海军部，但这份情报没有引起足够的重视。2月1日，美国海军作战部长斯塔克在给太平洋舰队的电文中说：“……美国海军情报部认为这种传言是不可信的！”
1941年2月1日，美国海军正式成立两洋舰队。海军大西洋分遣队改编为大西洋舰队，欧内斯特·金海军上将任司令；驻珍珠港舰队改编为太平洋舰队，金梅尔海军上将任司令，驻菲律宾的原远东海军部队改称为亚洲舰队，哈特海军上将任司令。
当时美国现役部队总兵力207万人，其中陆军35个师、137万人，陆海军飞机6000余架，航空兵27万人；海军有战列舰17艘、航空母舰8艘、重巡洋舰18艘、轻巡洋舰19艘、驱逐舰165艘、潜艇106艘，海军人员43万人。其中太平洋舰队有战列舰9艘、航空母舰3艘、重巡洋舰12艘、轻巡洋舰9艘、驱逐舰67艘、潜艇52艘，舰载机200余架。
2月15日，金梅尔上任不久，向舰队发出警告∶“日本在宣战之前，也许会偷袭珍珠港的军舰，潜艇偷袭航行在海上的舰只。”2月18日，金梅尔又致函海军作战部长斯塔克：“我感到对珍珠港的突然袭击是可能的，我们正在采取立即可行的步骤，以使这样的袭击引起的损害降至最低程度，并保证使进攻的敌人付出代价。”2月 27日，金梅尔再次致函斯塔克，希望优先考虑供给担任珍珠港防御任务的陆军以飞机和高射炮。
1941年3月，日本与美国开始就太平洋问题展开谈判，美国方面为了避免刺激日本，暂时减缓了在太平洋地区的海军行动。11月7日，美日双方已经过3轮谈判没有进展，预示着战争已经迫在眉睫。国务卿赫尔在政府会议上说∶“形势极为严重，我们无法预测将在什么时候和什么地方受到日本的武装进攻，因而必须经常保持戒备。”11月14日，美国太平洋舰队司令金梅尔向部队发出命令，判断日本在宣战前会实施攻击的目标包括：停泊在珍珠港的舰船和海上舰船。
此时，美国太平洋舰队的3艘航空母舰都在珍珠港外执行任务。11月28日，美国海军第8特遣队（航空母舰“企业”号、重巡洋舰3艘、驱逐舰9艘）由珍珠港驶往威克岛。12月4日，驶至威克岛东200英里处，12架战斗机由航空母舰飞往威克岛。尔后，“企业”号返航，预定12月7日7时30分（夏威夷时间）进入珍珠港航道。由于气象原因，12月7日，“企业”号距珍珠港还有200英里。
12月5日，航空母舰“列克星顿”号载运海军陆战队飞机去中途岛。“