5月日黎明前，夏威夷东北偏北方00海里处，经历5个多小时高速航行、绕道到此的日军主力舰队开始放飞第一波攻击机群；与此同时，西北方0海里外，日军第2航空战队提前起飞的佯攻机群正扑向珍珠港。既然不是袭击，日军就没必要赶在黎明，一直等到天微亮的6时0分，美军各种对空雷达屏幕上才在西北方向出现密密麻麻的目标，负责统一指挥空中力量的陆军航空队肯尼中将立即下令战斗机部队主力投入拦截，并下令防空部队执行无差别防空作战，陆海军所有高射炮和高射机枪全部进入临战状态。就在陆军p5机群打头、海军陆战队f4紧跟，正在目视日机群准备接战时，东北方向的美军雷达突然一起告警，屏幕上显示规模更大的日军正杀向珍珠港，美军司令部顿时大乱。
6时25分，战斗首先在珍珠港西北20海里的空中爆发，由飞鹰、隼鹰、龙凤等航母起飞的是零式战斗轰炸机和烈风式战斗机组成的混合编队（历史上马里亚纳海战中这几艘航母由于航度慢等原因未装载天山式攻击机等先进战机，史实。）直扑美军战斗机群。由于是佯攻，零式机并未携带炸弹，所以等于是战斗机；于是这场美军认为的截击轰炸机之战立即变成战斗机之间的决斗。双方各00多架战斗机打成一团，上下翻飞，27机枪密集的扫射中还夹杂着日机的20口径航炮轰击；单薄且飞行员缺乏经验的零式战斗轰炸机如史上那样再次被美机打的纷纷坠海，但由比较技术比较熟练甚至有作战经验飞行员驾驶的烈风式战斗机则以不弱于美机的速度、机动性和防御力，及更强大的火力也将一架架美机打的爆炸起火；在大部分零式或毁或逃后，美机逐渐依靠数量优势占据上风，剩下的以烈风为主的日机掉头撤退，美军战斗机追杀过去；紧跟着战斗机起飞的由杂七杂八轰炸机、高级教练机甚至一些小型水上飞机等组成的美军攻击机队则跟着战斗机扑向预想的日军主力舰队而去。
然而此时日军主力机群已经逼近珍珠港，肯尼将军投入的剩下几十架战斗机已经被从翔鹤、瑞鹤、飞龙、云龙、天城等航母上起飞的、占绝对优势的烈风式战斗机打的溃不成军。天山式鱼雷轰炸机和彗星式俯冲轰炸机都满载着炸弹扑向各自的目标，这一次日军可不会放过油库和船坞了。美军以75高射炮为主的地面防空火力一起发射，组成弹幕拦截日机；随着日机纷纷突入，美军的防空火力只能散开各自搜寻目标；停泊在港内海军主力舰上的27高平两用炮以更大的威力发射无线电近炸引信高爆弹；当慧星式开始俯冲轰炸时，各种舰艇上大量装备的40、20高射炮也加入密集的射击。但历经磨难的山本五十六根本没把主攻目标选在港口，天山式鱼雷轰炸机携带的全部是炸弹而非鱼雷，和慧星式一起用炸弹将美军地面部队的重型高射炮一一摧毁；虽然美军远程防空火力迅速哑火，战斗很快就变成一边倒的屠杀，日军投下的大量炸弹在各处爆炸，不但油库、机场、兵营等设施，连檀香山市区也是浓烟滚滚，只有福特岛为核心的海军基地区未遭遇大的轰炸，唯一被摧毁的是油库，不过除了飞机用的油库起火爆炸外，大量舰船使用的重油油库只是被炸的泄漏而已。
另一边，夏威夷西北200海里外的空中，由200多架杂七杂八的美军飞机组成的轰炸部队在剩下的几十架战斗机掩护下，在机载雷达跟踪下终于逼近日军第2航空战队为核心的混编舰队。日舰上剩下的少量防空战斗机立即迎战，和美军护航战斗机杀在一起，日军的27重型和大量25轻型高射炮齐放，但重型的无近炸引信，轻型的又太轻，防空火力远不如美军那样有效；哪怕飞来的只是杂牌飞机，一颗颗炸弹还是不断在日舰左右爆炸。旗舰飞鹰号航空母舰首当其冲，几乎一半炸弹都是冲着飞鹰号去的，虽然飞鹰和护航的驱逐舰用重型高射炮连续击毁多架美军慢速的大型机，但还是连接被0多颗炸弹命中并引起来不及处理的军舰携带炸弹殉爆，在美军开始轰炸0多分钟后就在一连串巨大爆炸中翻沉；同型的隼鹰号航空母舰也中了几弹，飞行甲板被炸成破烂，但幸好军舰航行不受影响，乘缺乏经验的美军投光炸弹后掉头逃之夭夭；此外日军还有多艘中小型舰船受损。
不过这也是美军当天仅有的胜利，随着主力舰队第二波攻击机群光临夏威夷，美军无论空中还是地面的抵抗都所剩无几，剩下的飞机也被打的七零八落，有些更在油弹耗尽的情况下被美军直接抛弃在各个岛上；很快，除海军舰队防空得力的福特岛附近外，驻夏威夷群岛各地的美军乃至老百姓只能听凭日机在中高空域反复轰炸；接着是第三波、第四波。尼米茨按住哈尔西，痛苦的望着窗外远处市区和岸上基地的火焰和浓烟，还是制止了哈尔西试图率领低速舰队出港进行自杀性攻击。越来越近的日本舰队一直反复轰炸到傍晚时分，最后一波以高空进入将数百枚炸弹投进福特岛、造成拥挤在岛上避难的人员大量伤亡后，才在夕阳西下中得意洋洋的返航。
天终于黑了，大部分美军都在救死扶伤，但还有少数则在扑向预测的日军主力舰队方位，以－20节速度前进的是已经慢速潜航一个白天、刚刚浮起的20多艘潜艇，以0节以上高速飞驰的最后一批日机离开后才启动的0多艘还完好无损的驱逐舰；夜空中则飞翔着白天躲避在大岛（夏威夷岛）隐蔽处飞来增援的反潜水上飞机。机载雷达很快就发现茫茫夜色中高速向西北方向疾驶的大型舰队，在多架水上飞机不断导航修正指引下，阿利·伯克上校率领的美军驱逐舰队以每小时5－6海里的相对速度接近撤退的日军，不到夜半就超越了肯定赶不上而只能改慢速在海面上给电池充电的潜艇群。凌晨2时余，日军终于从其低劣的舰载雷达中发现后方高速接近的目标。此时的日军大舰队也已经跑散了，毕竟不是每条军舰都能一直保持近最高速正常运载的，驱逐舰可以丢，但大舰谁舍得不战而弃？何况都知道如此高速追赶而来的至多是全新的大型轻巡洋舰，更可能只是驱逐舰，眼见屏幕上区区十多个亮点，主力舰队何惧之有？
不过夜间反击，特别是明知美军有先进雷达还夜间反击是没必要的，哪怕日军有打夜战的信心，山本五十六也没同意仓促反击，而是下令继续向西北方向撤退，还丢弃了一艘轮机出故障、难以跟上大队的驱逐舰。2个小时之后，美军已经追近到日军后队约海里远，双方雷达屏上都显示出对方的大致阵容；不过美军只是驱逐舰，27主炮还够不上，而日舰则因为雷达低劣只能模糊搜索、远达不到夜间火控效果而无法使用重炮有效轰击，双方依旧闷声高速赛跑。又过了个多小时，阿利·伯克在黑暗中距离断后的日军驱逐舰不到2000米距离才下令开火，在新型火控雷达引导下，弗莱彻级驱逐舰以准确的27炮群打出的第一排炮弹就打成近失弹，随后高速的驱逐舰主炮多发命中多条日军驱逐舰。美军一开火，早有准备的日军立即反击，数十发照明弹瞬间就照亮了美军开火海域的夜空；训练多年的日军夜战专家们借着闪烁的亮光一一报出美舰参数，近藤信竹指挥的第2舰队多艘重巡洋舰的双联装20主炮开火了，重磅炮弹越过4、5000米将高速突击美舰编队砸去，第一批炮弹就在美军编队当中炸开，幸好只是几条快速前进的驱逐舰当中。
双方都是0多节的高速机动舰，日军不断发射照明弹，5艘重巡、2艘轻洋及20多艘驱逐舰迅速掉头蜂拥而上，美军除半路抛锚落伍的还有4艘驱逐舰，全部是弗莱彻级，在伯克指挥下分成个分队不断曲折前进，躲避日本巡洋舰的炮弹，依靠雷达火控系统不断打出准确的单舰齐射，日本重巡洋舰特别高大的上层建筑成为雷达屏幕上最显眼的目标，27炮弹接连命中、击穿单薄的舷甲在船舱内爆炸。不过随着双方迅速接近，日军的20、40、27炮弹也越打越准，接连击中美军驱逐舰，威力巨大的巡洋舰主炮可非27炮弹可比，多艘驱逐舰在瞬间就被炸成一团熊熊大火；双方距离在迅速接近，5鱼雷从弗莱彻级驱逐舰上不断发射，日军驱逐舰则为避免鱼雷被美军大炮击中殉爆也向美军驱逐舰发射威力更大的60鱼雷，双方数十道水线在、2000米的距离内近0节的相对速度对穿，只能炮0多节双方军舰在黑暗中哪怕有照明弹帮忙也都无法避免被击中。一连串巨大的爆炸声过后，双方都有超过0条军舰或瘫痪在海面上，或已经在下沉，场面大乱。