4月20日，联合舰队在海军大学反复举行了图上作业演习之后，所有参加突袭作战的舰艇，完全按照突袭计划，以集结在佐伯湾的联合舰队主力战列舰为目标，进行最后的一次综合攻击演习，作为战前训练的检验。山本通过这些演习认为攻击效果良好，已经达到了训练目的，参战部队总结演习经验，返回各自基地，进行最后的出发准备。
4月25日，所有参战舰艇的舰长和飞行军官，一起研讨作战方案中的关键问题。4月27日，所有飞行员在珍珠港的沙盘模型上明确各自的任务。
为了做到知己知彼，日军在收集美军情报上下了很大功夫。自1941年5月后，派到珍珠港的日本间谍多达200人，从各方面搜集珍珠港的天气、水文、地形和美军基地、飞机、舰艇的部署。特别要提到日本海军情报部的吉川猛夫少佐，经过八个月的培训，以森村正的化名，于1941年3月作为日本驻檀香山领事馆参赞来到珍珠港，进行情报搜集。然后将情报以外交密码发回外务省再转海军。他发回的情报从最初的每周一次发展到最后每日一次，为日本海军提供了大量有价值的情报，其中包括：美军在不同日子的舰艇停泊情况和活动情况，珍珠港美军飞机的机种和数目，珍珠港的防空设施等。
为了得到北航线的实际情况，日军于10月派出两批共4名军官，化装成商人或水手，搭乘经北航线的船只赴檀香山，实地考察北航线的气象、海情及航道情况。除了派遣间谍获取情报外，日军还加强对夏威夷广播和电讯的监听。经过这些努力，在开战前，日军已准确掌握了美军在珍珠港的防御设施、兵力部署、舰艇和飞机的种类数量、驻泊停放情况、美军的活动规律等情报。
为了确保偷袭的突然性，日军还采取了一系列的战略欺骗和伪装。首先，以和谈作为掩护。早在1941年2月，日本方面就任命退役海军上将，美国总统罗斯福的朋友，著名的亲英美人士野村吉三郎为驻美大使。他在担任驻美大使期间与美国官员的会谈多达数十次。去年7月，近卫首相就曾经致信罗斯福，表示两国间没有不能用谈判解决的问题，并保证绝不侵犯英美在东南亚的利益。去年11月5日，日本大本营还派出曾任驻美领事，娶美国人为妻的公认亲美派人士来栖三郎为和平特使，赴美进行第一轮谈判。
其次，从1941年7月日方开始和苏联秘密接触开始，日本关东军开始陆续扩编，从11个师40万人增加到20个师70万人，并制定了代号为“关特演”的大规模演习，制造进攻苏联的假象，掩盖对美国的作战准备。41年10月，在日本内海组织登陆演习，还邀请各国驻日武官参观，以吸引各国的注意力。12月例行的从横滨到檀香山的定期邮船“龙田丸”号照常出航。12月5日到12月7日三天里，组织江田岛海军军官学校的3000名学员装扮成海军官兵，游览东京市容，营造太平无事的景象。在舰载机训练的日子里，抽调其他部队的飞机进驻参训部队的基地，保持这些基地原有的正常飞行和通讯。这些掩人耳目的措施可谓煞费苦心。
最后，加强保密措施。在很长时间里，该计划只有山本和极少数高级军官知道。参战部队训练地点在日本南部的鹿儿岛和佐伯湾，而集结地点则在日本北方的择捉岛单冠湾。在突击编队集结过程中，各舰均选择远离商船航线的偏僻航线，分批按不同的时间间隔前往。在航行中，各舰的收发报机一律加上铅封，实行严格的无线电静默，并特别注意反潜警戒。
当突击编队的舰艇进入单冠湾后，海防部队就切断择捉岛同外界的一切联系，甚至连岛上居民的粮食等生活必需品都由海军的补给船来运送。对编队舰员的私人信件也一律进行检查，并扣押到开战那天才发出。在突击编队向珍珠港航行途中，所有舰艇实行只收不发的严格无线电静默，夜间进行灯火管制。另外派出数艘驱逐舰停泊在本土，伪装航空母舰的无线电呼号，进行无线电通信，以欺骗美军的无线电监听。同时联合舰队全面更改密码和呼号，以迷惑扰乱美军的监听。
5月1日，御前会议决定对美开战。日军大本营发布《海军一号令》：命令南云忠一率领突击编队隐蔽地于5月5日前在单冠湾集结。
5月2日，突击编队以“木户部队”为代号，开始向单冠湾集结。各舰实行严格的无线电静默，以不规则时间间隔，取不同航线，分批驶向单冠湾。联合舰队的其余军舰则实施无线电佯动，进行掩护。集结行动极为秘密，各舰只有舰长一人知道集结的目的。当突击编队进入单冠湾后，海防部队立即切断择捉岛同外界的一切联系，以防走漏消息。
5月3日，先遣队的27艘潜艇分别从佐伯湾和横须贺出发，伪装成日常巡逻，沿中、南航线，采取白天潜航夜间水面航行的方法，驶向夏威夷，执行侦察和监视任务。
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