Авианосцы готовились к взлету первого эшелона. В темноте из ангаров выкатывались на палубу самолеты. Палубные расчеты немедленно выкатывали машины на стартовые позиции, ставя машины крыло в крыло. Тем временем в ангарах шла подготовка машин второго эшелона. Экипажи самолетов собрались в кубриках. В последний раз пилотов проинструктировали относительно расположения целей по состоянию на 10:30 6 декабря. Им также сообщили силу и направление ветра, а также необходимые для расчета маршрута навигационные поправки.
Все шесть авианосцев развернулись на восток под ветер. Высокие волны вызывали крен кораблей. Продольный крен достигал 15°. Самолеты начали прогревать двигатели. Все с напряжением смотрели на флагман «Акаги», ожидая сигнала к старту. Опущенные до середины мачты флаги означали «приготовились!». Вскоре флаги взвились вверх и быстро опустились назад. Это был сигнал к началу вылета самолетов. Точно в 1:30 (6:00) 8 декабря 1941 года в 230 милях от Оаху операция началась. Ответственный за воздушные операции офицер Хикочо дал разрешение на страт. Пилоты прибавили газу. Один за другим самолеты набирали скорость и поднимались в воздух. Взлет самолетов был точно синхронизирован с фазами продольного крена на волнах. Взлетевшие машины направлялись в пункты сбора. Первыми поднялись истребители А6М2 подполковника Сигеру Итая. В ходе взлета два истребителя получили повреждения. Один самолет с «Сёкаку» пришлось задержать на старте, а второй с «Каги» обнаружил проблемы с мотором уже после взлета. Этот «Зеро» не вернулся, поэтому был посчитан как пропавший без вести. Взлет первого эшелона завершили к 1:45 (6:15). Спустя пять минут полковник Мицуо Фучида приказал взять курс на Оаху.
Одновременно с первым эшелоном взлетели истребители прикрытия эскадры. В 1:30 (6:00) с палубы «Дзуйкаку» взлетели истребители 1-го и 2-го звена 1-й эскадрильи (6 самолетов), которые вел капитан Юзо Цукомото. Одновременно с палубы «Хирю» поднялось 1-е звено энсина Харады, насчитывавшее 3 самолета. Спустя пять минут с палубы «Сёкаку» поднялись 1-е и 2-е звенья 1-й эскадрильи, ведомые капитаном Macao Изуки. В 1:35 (6.05) самолеты прикрытия эскадры сформировали боевой строй. Общее командование прикрытием принял на себя капитан Юзо Цукамото. Задача прикрытия сводилась к перехвату возможных самолетов противника. Машины должны были патрулировать район местонахождения эскадры в течение 4 часов. Самолеты с «Сёкаку» действовали на высоте 2000–2500 метров, а самолеты с «Дзуйкаку» — на высоте 4000–4500 метров.
Вскоре после вылета первого эшелона Нагумо отдал приказ кораблям уменьшить скорость до 20 узлов и взять курс на юг. На палубы начали выкатывать самолеты второго эшелона.
Закончив концентрацию, пилоты взяли курс строго на юг и сформировали боевой строй. Впереди летел полковник Мицуо Фучида, ведший первую ударную группу с авианосца «Акаги».
В состав группы входили три эскадрильи (по два звена в каждой):
1-я эскадрилья: 40-е и 41-е звено (5 машин);
2-я эскадрилья: 42-е и 43-е звено (5 машин);
3-я эскадрилья: 44-е и 45-е звено (5 машин).
За ним на удалении 200 метров в колонне шла вторая ударная группа с авианосца «Kara», возглавляемая подполковником Такаси Хасигучи.
В состав этой группы также входили три эскадрильи:
1-я эскадрилья: 40-е и 49-е звено (5 машин);
2-я эскадрилья: 47-е и 48-е звено (5 машин);
3-я эскадрилья: 46-е и 43-е звено (4 машины).
Четвертая ударная группа, базировавшаяся на «Хирю», шла в колонне третьей на дистанции 500 метров от предыдущей группы. Группой командовал лейтенант Тосио Хасимото. В ее состав входили две эскадрильи:
1-я эскадрилья: 40-е и 48-е звено (5 машин);
2-я эскадрилья: 46-е и 47-е звено (5 машин).
Колонну замыкала третья ударная группа лейтенанта Садао Ямамото, базировавшаяся на «Сорю». Группа держала дистанцию в 200 метров от предыдущей группы. В составе группы были также две эскадрильи:
1-я эскадрилья: 1-е и 2-е звено (5 машин);
2-я эскадрилья: 1-е и 2-е звено (5 машин).
Вся колонна самолетов B5N2, вооруженных бомбами, шла в центре на высоте 3340 м.
Справа на расстоянии 500 метров от ударной группы Фучиды шла особая ударная группа подполковника Сигехару Мураты.
Первая особая ударная группа с «Акаги» состояла из двух эскадрилий: