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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。
5月3日，一位刚从珍珠港回來的情报军官向突击编队的中高级军官作了珍珠港情况简介。
5月4日，突击编队完成秘密集结，待命出发，同日突袭计划才下达给各舰舰长、参谋人员和飞行员，这些有关人员在得知计划之后立即开始研讨攻击方案细节，作最后的调整，这一工作贯穿整个航行过程中，几乎每天突袭计划都在进行细节修正，很多高级军官甚至片刻不离作战舱室，连晚上都是和衣而睡，抓紧时间对突袭计划进行一遍又一遍的推敲和研究。
5月5日凌晨1点，山本向南云发出绝密命令：5月5日凌晨六点出发，航行中务必保持隐蔽，于12月8日到达待机海域，并完成所有作战准备。
5月5日晨六时，突击编队主力（除中途岛破袭部队外）从单冠湾启航，山本的最后指示是编队以14节航速沿北航线航行，并实施二十四小时对空、对潜警戒，如果同美国的谈判获得成功，就立即返航，同一天，滞留在华盛顿的日方外事人员继续向美方递交照会，就双方的谈判做进一步的协商。
5月7日，突击编队按预定方案，实施第一次海上加油，然后以6艘航空母舰为核心排成三个纵队，以三艘潜艇在队列前方约200海里进行侦察，整个编队采取严格的无线电静默，只收不发，密切关注谈判进程和开战指示，当天山本电令南云，如果在5月15日前被发现，就放弃执行计划，掉头返航。
5月9日日，山本根据大本营命令，向南云发出“攀登新高峰1208”的密码命令，通知南云进攻日期为5月18日，即夏威夷时间5月17日，同一天，联合舰队更改密码和所有军舰的呼叫代号，以干扰迷惑美军的无线电监听。
5月13日，突击编队进行最后一次海上加油，补给部队在完成最后一次海上加油之后，便与主力分手，这样突击编队此时就只剩下作战舰艇了，山本仿效他所崇拜的东乡平八郎向南云发出动员令：“帝国兴衰在此一举，我军将士务必全力奋战，”南云立即将此电文用灯光信号通报全舰队，然后在旗舰“赤城”号航空母舰的桅杆上升起了z字旗，，，自1905年东乡平八郎在对马海战中升起z字旗取得胜利后，z字旗便成了日本海军的胜利标志。
5月15日，突击编队进至中途岛以东600海里，进入美军飞机巡逻范围，编队形成环形防空队形，6艘航母成两路纵队为队列核心，2艘战列舰和2艘重巡洋舰位于航母纵队四角，9艘驱逐舰在最外围，南云下令航速增至24节，直扑珍珠港。
先遣队的27艘潜艇都于当天夜间到达指定位置，第一分队4艘在瓦胡岛以北海域，第二分队7艘封锁珍珠港东西海峡，第三分队9艘监视珍珠港的入口，其中伊，71号潜艇向编队报告瓦胡岛西北的拉哈纳锚地沒有舰艇停泊，也就是说所有的美舰都停泊在珍珠港内，于是突击编队的所有进攻力量都集中用于珍珠港，特别攻击队的5艘潜艇分别放出所携带的袖珍潜艇，由袖珍潜艇自行设法潜入港内，最后2艘潜艇则负责监视夏威夷同美国本土之间的联系。
当晚，突击编队收到东京转來的由吉川猛夫发自珍珠港的报告：珍珠港停泊有航母三艘，战列舰9艘，巡洋舰3艘，驱逐舰17艘，另有4艘巡洋舰和2艘驱逐舰在船坞，港内美军沒有飞机巡逻，也沒有部署防空阻塞气球，