開錨地，成功駛入出港航道，四周軍艦爆炸起火，灼熱異常，“內華達”號上的炮手不得不抱住炮彈以免其受熱爆炸。“內華達”號帶著濃煙駛向造船廠前的航道最狹窄處，日軍牧野三郎大尉指揮的俯衝轟炸機發現了這一情況，牧野決定利用這一機會實施集中攻擊，將其擊沉在航道上以徹底封閉珍珠港，為分散美軍防空火力，日機從東南、西南兩方向同時投入攻擊，“內華達”號連中六枚炸彈，傷勢嚴重，湯姆斯見已無突圍可能惟恐軍艦在航道上沉沒而堵塞航道，立即在福特島西南淺灘搶灘擱淺。

八時四十分，日軍第二攻擊波飛臨瓦胡島，共有171架，其中81架九九式俯衝轟炸機，54架九七式水平轟炸機，36架零式戰鬥機。九九式各攜一枚250千克爆破彈，九七式各攜2枚250千克穿甲彈或是1枚250千克加6枚60千克炸彈。空中總指揮兼水平轟炸機領隊長機是“瑞鶴”號飛行長島崎和重少佐，俯衝轟炸機領隊是“蒼龍”號飛行長江草隆繁少佐，戰鬥機領隊是進藤三郎大尉，這一批飛機是七時十五分從航空母艦上起飛的，經過一小時二十五分鐘的飛行趕來的。

八時五十五分，開始第二波攻擊。日軍戰鬥機首先對空中的零星美機進行攻擊，以確保掌握制空權。美軍漢斯·克利斯汀少尉、喬治·懷特曼少尉和薩繆爾·比謝普少尉跳上3架P—40戰鬥機從瓦胡島東部的貝洛機場強行起飛，結果漢斯·克利斯汀少尉剛爬入機艙還未開始滑行，就被日機擊中，機毀人亡。其餘兩人儘管起飛昇空，很快也被日機擊落。第四十六驅逐機中隊六位飛行員在路易斯·桑德斯中尉的率領下駕駛P—36戰鬥機起飛，他們對正在轟炸一處機場的六架日機發起攻擊，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。戈登·斯特林少尉緊盯住一架敵機，另一架日機則在他尾後向他開火，斯特林座機中彈起火但仍繼續射擊前面的日機，兩架飛機一齊墜落。混戰中美機共擊落兩架日機，菲利普·拉斯姆森少尉福星高照，駕駛著被打出544個彈孔的座機安全落地！這些英勇升空迎戰的飛行員後來都獲得了銀星勳章和紫心勳章。日機在肅清了空中的美機後便轉入對地面目標的掃射，水平轟炸機攻擊了卡紐黑、希凱姆和福特島三處機場。俯衝轟炸機則對有彈幕射出的軍艦進行俯衝轟炸，這樣就能避免重複攻擊已受重創的美艦。“內華達”號戰列艦正由拖船拖往韋波角，成為日機集中攻擊的目標，艦上的消防管被炸斷，只好由拖船用水泵全力協助該艦滅火。當日機見錨地裡停泊的軍艦都已沉沒或起火，便轉而攻擊在船塢裡的艦船。“賓夕法尼亞”號戰列艦正在船塢裡大修沒被第一波的魚雷機發現，所以沒有受到攻擊。但被第二波的日機投下的一枚炸彈命中，炸壞了小艇甲板。“肖”號驅逐艦被炸飛了艦首，起火的燃油隨海水四下蔓延，引爆了在船塢裡的另二艘軍艦。在北部港灣裡停泊的輔助船隻也被第二波的日機炸沉炸傷多艘。

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，二十分鐘裡，醫生和志願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，喇叭聲響徹雲霄。汽車大隊的女駕駛員表現尤其出色，真可謂巾幗不讓鬚眉。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。穆爾黑德博士剛示範過一項新醫療儀器，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X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——病房裡滿是傷患人員，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。

在第一攻擊波後，美軍已做好了戰鬥準備，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，其中戰鬥機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週拍攝了被炸後的情景，才最後一個返航。

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