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，但来往商船频繁，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，所以没有规定航线，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。这样一来，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。
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