星期日6时45分，一艘美国驱逐舰在珍珠港外击沉一艘日本袖珍潜艇，一度打破了拂晓时分的平静。但是，这一情况并没使当地驻军进入全面的战争准备状态。因为，这对停泊在珍珠港内受到保护的舰船来说，几乎没有什么威胁。当多数官兵正在用早餐或正准备交接班时，日军的第一波攻击机群已飞临上空。到7时55分第一颗炸弹落下时，他们才恍然大悟，发现临空的是日本飞机。
这次攻击的主要目标是停泊在港内福特岛东侧的战列舰。美国舰员尽管遭到突然袭击，仍然十分迅捷地进入各自的战位，这给日本飞行员以深刻的印象。但是，仍然未能阻止日军的空袭。日机对战列舰实施鱼雷攻击之后，紧接着进行高空水平轰炸和俯冲轰炸。美军受到的损失主要是约在8时30分结束的第一攻击波造成的。稍过片刻，由170架战斗机和轰炸机组成的第二攻击波也开始突击，集中力量轰炸损伤较轻的舰船。然而，此时美军的舰船已经充分做好战斗堆备。因此，日军的损失大部分是实施第二波攻击时造成的。空袭结束时，“亚利桑那”号已被彻底炸毁。停在该舰外侧的“贞洁”号修理船吨位太小，未能对“亚利桑那”号起到可靠的屏障作用。空袭一开始，“亚利桑那”号就被数个鱼雷和炸弹击中，一颗炸弹在前弹药舱内爆炸，引起重油燃烧，火势蔓延，“亚利桑那”号急速下沉，1000余名舰员和该舰一起同遭厄运。
凡是两舷军舰并靠的，外侧的一艘都因命中鱼雷而受到很大损失。刚一开始轰炸，“马里兰”号战列舰外侧的“俄克拉何马”号战列舰就被3条鱼雷命中，随即开始倾覆沉没。后来为了疏浚港湾，才将其打捞上来。“田纳西”号战列舰外侧的“西弗吉尼亚”号，也在空袭之初被鱼雷击中，由于迅速采取了损管措施，才免于倾覆。舰员在舱体倾斜、下沉坐底的情况下，一直坚持战斗。停靠在内侧的舰只，其损失比外侧的小得多。“田纳西”号战列舰虽中3颗炸弹，又面临“亚利桑那”号战列舰重油燃烧的危险，但损失轻微。“马里兰”号战列舰仅中2颗炸弹。
“加利福尼亚”号战列舰单独停靠，被击中2条鱼雷和1颗炸弹后，舰艉下沉着底，舰艏翘出水面。“内华达”号战列舰单独停靠在几艘军舰之后，是一艘唯一可以行动的军舰。该舰前部命中1条鱼雷，但仍冒着弹雨开航，为了避免沉入航道，抢摊搁浅。太平洋舰队旗舰“宾夕法尼亚”号战列舰因在船坞修理，没有受到鱼雷攻击；由于组织了有效的对空火力，仅中一颗炸弹。
日军的主要攻击目标虽是军舰，但珍珠港境内的机场也受到了袭击。美军虽仓促进行了抗击，但飞机仍受很大的损失。这些飞机为了防止坏人破坏而密集地排列在机场上。遭袭击后，海军飞机损失80架，231架陆军飞机中仅有79架尚可使用。日军在珍珠港上空仅损失飞机29架，另有几架是在着舰时损失的。