八時五十五分，開始第二波攻擊。日軍戰斗機首先對空中的零星美機進行攻擊，以確保掌握制空權。
日機見有美機迎戰便倉卒逃走，美機猛撲過去，桑德斯對領隊日機開火，日機立刻冒著濃煙，搖搖晃晃地墜海。
空襲開始不久，夏威夷醫藥協會總會便接到救護傷員的緊急電話，二十分鐘里，醫生和志愿者就已經把擔架和醫療器械裝上汽車，直奔現場。汽車大隊的婦女駕駛著每輛可用的汽車，搭載兵員馳往珍珠港。公路上的情況已是一片混亂，軍方車輛、消防車、救護車和幾百輛運送官兵奔赴作戰崗位的計程車，塞滿了十千米長的公路上，喇叭聲響徹云霄。汽車大隊的女駕駛員表現尤其出色，真可謂巾幗不讓須眉。受傷的官兵被緊急送往翠普勒陸軍醫院，院方急召檀香山的醫生參加救護，正巧有五十名醫生正在聽紐約的約翰。穆爾黑德博士講解戰時外科手術，立刻趕往醫院，投入救護工作。穆爾黑德博士剛示范過一項新醫療儀器，能很快測出人體內金屬。那天早晨，這種儀器表現出巨大價值，節省了許多等待沖洗光底片的寶貴時間。
在海軍醫院，原來在院內治療休養的病人被送到外面的臨時病房，為由擔架抬來的受傷人員騰出病床。許多年輕的水兵斷臂缺腿，還有幾百名被烈焰灼傷。這些年輕人的勇氣令人難以置信——病房里滿是傷患人員，許多人傷勢嚴重甚至已經奄奄一息，但卻是一片靜寂，無人呻吟。
在第一攻擊波后，美軍已做好了戰斗準備，因此第二波遭到了較為猛烈的高射炮火射擊。有２０架日機被擊落。其中戰斗機６架，轟炸機１４架。
九時四十五分，第二波的飛機開始返航。淵田駕機繞珍珠港低空盤旋一周拍攝了被炸后的情景，才最后一個返航。
十時，由哈爾西中將率領的以“企業”號航空母艦為核心的特混艦隊，完成向威克島運送增援戰斗機的任務正在返回珍珠港的途中，接到太平洋艦隊司令金梅爾上將的命令，向南追擊日軍艦隊。這一命令是根據一連串錯誤的報告和無線電定位下達的，幸虧是錯誤的方向。不然，哈爾西的這支小艦隊要是真的同日軍艦隊交手的話，肯定會被日軍消滅，那么就不可能有日后在太平洋上立下赫赫戰功的哈爾西和“企業”號航空母艦。徒勞無功的哈爾西率領艦隊于１２月９日下午才返回珍珠港。
十一時，醫院血庫的血漿存量銳減。福雷斯特。平克頓醫生立即廣播呼吁獻血。半小時內已有五百人聚集在醫院門外等候獻血，醫護人員分十二個地點驗血、抽血，但仍感人手不足，有的人竟然足足排了七個小時才獻上血。
１２月１２日，返航途中的突擊編隊接到山的命令，派出若干兵力支援威克島登陸作戰。根據這一命令南云抽調航母、巡洋艦和驅逐艦各２艘，前去支援威克島登陸作戰。自己率主力繼續返航。
后來接替金梅爾繼任美國太平洋艦隊司令的尼米茲上將認為南云把突擊時間限定為一天，突擊目標又限定在有限范圍里，沒有最大限度利用這一來之不易的絕好機會。山五十六評價南云是個庸材，說他在指揮時就象小賊入室行竊。開始時志在必得，膽大包天，稍一得手便心虛膽怯急于溜走。由于日軍沒有進行第三次攻擊，而前兩次攻擊中日軍又只重視對軍事目標的打擊。根沒有攻擊珍珠港各種修造船設施齊全的造船廠和儲存有４萬加侖燃油的油庫。日后美軍正是利用造船廠的設備迅速打撈修復受創的軍艦，正是利用油庫的燃油使得航母頻頻出擊。在短時間里恢復了太平洋艦隊的戰斗力。設想一下，日軍即使只炸毀了油庫，也足以讓完整無損的太平洋艦隊在六個月里無法出動。這是日軍在這次偷襲中最大的失誤！
當日軍飛機開始轟炸后，潛入珍珠港的日軍伊—１６號袖珍潛艇由橫山正治中尉和上田定二軍士長駕駛也趁火打劫，發射兩枚魚雷均未擊中目標，并于晚二十二時許向母艇發出攻擊成功的電報，后被美軍擊沉。伊—２４號袖珍潛艇在港口入口處被美艦發現，遭到攻擊后帶傷逃脫，由于傷勢較重操縱失控，致使兩次觸礁，加上畜電池電力耗盡，無法發射魚雷，兩名艇員只好棄艇。其他的兩艘袖珍潛艇都先后在珍珠港的入口處被美軍擊沉。這支特別攻擊隊的十名艇員中只有伊—２４號艇的艇長酒卷和男少尉僥幸生還，成為太平洋戰爭中第一個被美軍俘虜的日軍。
日軍部署在珍珠港周圍共有２０艘潛艇，一來用于偵察監視，二來準備伏擊在空襲時企圖出港躲避或是追擊日軍艦隊的美艦，由于在空襲時并無美艦出港，所以未有戰果。倒是“伊—７０”號潛艇在１２月９日下午跟蹤返航的美軍“企業”號航空母艦編隊時被美軍飛機發現后擊沉，艇上６８名官兵無一幸存。其余潛艇在攻擊結束后陸續撤離珍珠港。
整個空襲行動持續約兩小時，真正的攻擊時間約一小時三十分。日軍共消耗魚雷４０條，各種炸彈５５６枚，總計約１４４噸。戰斗中損失飛機２９架，由于日軍飛行員都抱著必死的決心，全都不帶降落傘，所以機上５５名飛行員全部陣亡。加上起飛時有１架飛機因故障墜毀，返航時有２架飛機因迷航而墜毀，總共損失飛機３２架。還損失１艘大型潛艇和５艘袖珍潛艇，陣亡艇員７７人，被俘１人。總計人員損失１３３人。
美軍有四艘戰列艦“亞利桑那”號、“加利福尼亞”號、“西弗吉尼亞”號和“俄克拉荷馬”號以及一艘布雷艦“奧格拉拉”號、一艘靶艦“猶他”號沉沒。一艘戰列艦，三艘巡洋艦，三艘驅逐艦重創，三艘戰列艦，三艘巡洋艦，五艘輔助艦輕傷。飛機被毀２６０架，傷６３架。人員死亡２３３４人，失蹤９１６人，傷１３４１人。
“加利福尼亞”號、“西弗吉尼亞”號后來被打撈起來，重新參戰。美軍也對沉沒的“亞利桑那”號進行過探察，看看是否有打撈的可能，最后見實在沒有希望，就將暴露在水面上的艦體拆除，水底部分的艦體仍留在沉沒的地方。
盡管偷襲的主要目標美國太平洋艦隊的三艘航空母艦及二十二艘其他軍艦不在珍珠港，而且油庫、造船廠未遭破壞，但是日軍此次偷襲作戰，組織周密，行動果敢，代價小，戰果大，堪稱突襲戰例的經典之戰 羅斯福終于等到了日偷襲珍珠港的消息而現在，是該向日宣戰的時候了！
在總統前往國會山要求向日宣戰時，在珍珠港被擊沉的軍艦露出的煙囪正冒著濃煙。戰列艦“亞利桑那號”的歪歪斜斜的三角桅桿和“俄克拉何馬號”傾覆的船身在錨地上豎立著。“亞利桑那號”已經成為將近１１００百名官兵的墳墓。“俄克拉何馬號”看上去就像一條試圖沖上岸灘的巨鯨。一些小船慢慢地駛來駛去，從漂著一層油的水中打撈水兵和海軍陸戰隊隊員的尸體。總共有１９艘軍艦被擊沉、擊壞，其中包括太平洋艦隊的全部用以作戰的艦只。據統計，美國損失２６５架飛機，絕大部分是整齊地排列在地面上時被炸毀的。美國總共死亡２４０３人。１１７８人受傷；日人損失２９架飛機，５５名飛行員。珍珠港事件是美事史上最為嚴重的慘案。
羅斯福在他兒子詹姆斯的攙扶下走向眾議院的講臺時，響起了一陣又一陣雷鳴般的掌聲，共和黨人也鼓掌歡迎。多年來這還是第一次，因為在全國出現緊急狀況的時刻政治上的敵意已經消失了。珍珠港事件使美國人民團結一致，擁護富蘭克林羅斯福。他一手扶著講臺，一開筆記。他的眼睛在大廳里環視了片刻，看看坐在前排的閣僚，最高法院的官和各國外交使節，然后抬頭望望座無虛席的樓廳觀眾席，他夫人和伍德羅威爾遜的夫人坐在一起。在全國各地，美國人都聚集在收音機前，傾聽人們熟悉的聲音，羅斯福非常慎重地說：“昨天，１９４２年１２月１２日——這是臭名昭著的日子，美國受到日帝國海軍和空軍的突然襲擊。美國和那個國家原處于和平狀態，并應日的請求仍在和日政府與天皇對話，期望維護太平洋的和平這次襲擊使美國海軍和陸軍遭受到嚴重損失。許多美國人喪生既然日在１２月１２日星期日卑鄙地發動襲擊，我請求美國國會宣布：美國和日帝國之間已處于戰爭狀態。”
參議院沒有經過辯論，在一個小時之內一致批準了總統的請求，眾議院聽取幾個人的講話，然后就投票通過，只有一個人反對。
蒙大拿州眾議員珍妮特蘭金投了一張反對票，此人還曾投票反對美利堅參加第一次世界大戰。
美國正式加入進了世界大戰！
