1939年，为和德国结盟的事情，陆海军分裂，陆续有少壮派日本陆军军官开始公开苛责少数亲美或反对三国轴心的高级军官为“损害日本的应得利益”，受指责者包括海相米内光政、海军次官山本五十六和海军军务局长井上成美少将。
这使得山本哭笑不得。山本为此写下遗书“一死君国に报ずるは素より武人の本懐のみ、岂（あに）戦场と铳后とを问わんや 勇戦奋闘、戦场の华と散らんは易し 谁か至诚一贯俗论を排し毙れて已（や）むの难きを知らむ （中略） 此（この）身灭ぼす可し、此志夺ふ可からず 昭和十四年五月三十一日 于海军次官官舎 ”山本五十六1939年9月1日，在德国入侵波兰的当天，山本被米内光政任命为海军联合舰队兼第一舰队司令官。这是米内光政内阁下台前最后的举措之一，使山本能在海军舰艇上办公，米内很确定如果山本留在岸上，则一定会在1939年内被不明真相的百姓当国贼刺杀。从这时起，他基本上可以放手按他的观点，训练重点放在以航空母舰为基地的航空兵方面。在1940年3月的一次春季演习中，由小泽治三郎少将率领的大小2艘航母舰队以集中使用飞机密集突击的方式一举摧毁了山本指挥的2艘战列舰和1艘重型航母组成的舰队。山本五十六看到结果后对身边的参谋长福留繁少将说：“能不能用飞机去炸夏威夷？”从这时候起，山本就着手设想珍珠港之战了。1940年7月，日本与德、意签订了轴心国条约。 11月5日，山本被授予海军大将军衔。
1940年11月英国地中海舰队司令安德鲁·布朗·坎宁安用航母突袭塔兰托，一举击沉3艘意大利战列舰，改变了地中海战局，塔兰托战役的成功震撼了整个世界海军。人们第一次知道原来海上霸王的战列舰居然可能被从一架小飞机上扔下来的一枚鱼雷葬入海底，并且从空中投放的鱼雷一直是被认为至少需要100英尺（大约30米）的深度，可是皇家海军在水深只有40英尺（12米）的塔兰托港内使用改良后的低空鱼雷照样取得了辉煌的战果。1941年1月，山本又进一步彻底地改进了日本海军的战略思路。在此前20年间日本海军一直是马汉海权理论的信徒，据此制定了一个渐减邀击作战：以轻型水面舰艇，潜艇以及岸基航空兵在美国海军舰队横跨太平洋过程中不断将其削弱，最后由日本海军主力在北菲律宾海（约在马里亚纳群岛与琉球群岛之间）的一次“决战”中，以战列舰对战列舰的传统战列炮击战法将美国海军全数消灭。山本敏锐地指出这种计划即使是在日本自己的兵棋推演中也重未成功过，并指出美国真正的战略优势在于国内生产能力的强大。山本建议与其冀望于先削弱再决战的防御性计划，倒不如主动进攻。山本期待，如果能在战争的初期便重创美军，也许就能促使后者坐到谈判桌边早早求和。日军期待这次打击能给他们赢得至少六个月的战略优势，在没有美国海军阻挠的情况下进攻荷属东印度的资源产地。
珍珠港之胜利
美国人约翰·托兰对山本进攻珍珠港计划的产生曾有一个符合逻辑的推测。1921年，美国出版了《太平洋海上霸权》一书。四年后该书的部分内容被创作为小说，取名《伟大的太平洋战争》，书中描写了一支日本舰队偷袭珍珠港、关岛和菲律宾群岛等情况。这本书被日本海军参谋部译成日文，列入海军大学的课程。该书出版时，山本正在华盛顿任武官，这位孜孜不倦地钻研海军学术，又具有相当英语造诣的山本，不可能不注意到这本书。而且袭击珍珠港作战计划的产生与山本的性格特点也有密切的关系。西方有人针对袭击珍珠港之战说过，只有赌徒才敢冒那么大的风险。山本是个冒险家，对赌博尤为着迷。把赌博和碰运气的游戏看得比饮食还重要，玩扑克、打桥牌、下围棋、打赌都称得上是行家里手。他与同僚赌，与部属赌，还常跟艺妓赌，而且赌得认真。1910年，山本为一件不大的事与他的密友堀一一下子赌了3000元，这笔钱在当时能买幢好房子，结果山本输了。虽然堀一笑了之，山本却坚持还债，每月从薪金中扣，一直扣了十几年。山本出使欧洲时，据传说由于他赌技超群，赢钱太多，摩纳哥的赌场甚至禁止山本入场，他是摩纳哥第二位被禁止入场的日本赌客（第一个是日俄战争时期驻欧洲的日本特工之王明石元二郎）。山本曾说，如果天皇能给他一年时间去赌博，可以为日本赢回一艘航母。总之，日本海军传统的先发制人战略，美国的小说，加上山本个人秉性等各种因素，促成了奇袭珍珠港计划的形成。
珍珠港位于日、美之间太平洋东部的夏威夷群岛，距日本约3500多海里，距美国本土约2000海里，是美国太平洋舰队最重要的基地。1941年1月7日，山本写信给海军大臣及川古志郎，正式提出了偷袭珍珠港的设想：“我军在日美战争首先应该采取的策略应该是：一开战就猛击击破敌主力舰队，置美国海军及美国国民于无可挽救之地，使其士气沮丧。从而才能占据东亚之要障，确保不败之地步，以此来建设东亚共荣圈，……，一旦击破美主力舰队，菲律宾以南的闲杂兵力必然士气沮丧，很难考虑能勇敢战斗。”此后就和几个参谋（大西泷治郎、源田实、黑岛龟人）一起，秘密地制定“Z”作战方案。6月，正式方案提出后，曾在日本上层引起争论，一些人不相信庞大的舰队横渡3500海里而不被发现，对这一计划的可行性表示怀疑。万一不成功怎么办？失败的可能性比成功的可能性要大得多，该如何处理？山本五十六的回答非常简单，也很山本五十六：“如果日本有天佑，夏威夷作战肯定成功，如果中途失败，也就是说没有了天佑这一条，放弃整个作战就行了”。山本固执己见，甚至以辞职相要挟。军令部总长永野修身大将说：“如果山本有这么样的自信就照他说的去做吧”。于10月中旬批准了这个计划。于是，山本指挥联合舰队选择了与珍珠港相似的鹿儿岛湾，开始了充分的准备和严格的模拟训练 。
1941年12月7日凌晨，在南云忠一指挥下，从六艘航空母舰上起飞的第一攻击波183架飞机，穿云破雾，扑向珍珠港。7时53分，发回“虎、虎、虎”的信号，表示奇袭成功。此后，第二攻击波的168架飞机再次发动攻击。仓促应战的美军损失惨重，8艘战列舰中，4艘被击沉，一艘搁浅，其余都受重创；6艘巡洋舰和3艘驱逐舰被击伤，188架飞机被击毁，数千官兵伤亡。日本只损失了29架飞机和55名飞行员以及2艘潜艇。
醉心早期决战
在珍珠港歼灭了大量美军舰艇后，山本的联合舰队转而参加大日本帝国陆军及日本帝国海军参谋本部策划的战略计划。第一航空舰队在太平洋上大兜圈子，攻击了美国、英国、荷兰、澳大利亚等国的大量目标，包括威克岛、澳大利亚近海、印度洋的锡兰。第一航空战队则在珍珠港偷袭开始后一小时内便将美国第5航空队摧毁在菲律宾的机场上，此后又击沉了英国皇家海军的威尔士亲王号战列舰以及反击号战列巡洋舰。
在山本属下的海军将领小泽治三郎、近藤信竹、高桥伊望等人的指挥下 ，日军通过以“爪哇海海战”为代表的一系列两栖登陆或水面舰艇交战，将滞留在荷属东印度的美国、英国、荷兰及澳大利亚残余部队一扫而空。日军占领荷属东印度并将菲律宾的美军部队压缩到困守巴丹半岛和科雷希多岛一隅，至此确保了东南亚的重要资源产地。以超乎想象的效率和极小的损失达成了所有初步战略目标后，日军停止行动以考虑进一步的计划。既然英国和美国都没有谈判的意图，日军开始着重守卫已经到手的占领区，并着眼于进一步进攻以便胁迫一个或更多敌国单独停战。
在这个阶段各类战略计划纷纷涌现，包括向西进攻印度，向南进攻澳大利亚，或向东进攻美国。山本参加了因此引发的辩论，在各种不同观点之间摇摆不定，有时支持某一方仅仅是为了给自己的部队争取利益。…
