Ямамото должен был спланировать операцию, которая обеспечит успех при минимуме риска. Стандартная военно-морская доктрина тех времен утверждала, что флот не может действовать на расстоянии 2000 миль от своей базы. (Маршалловы острова, хотя они и не были главной базой, тоже находились дальше.) Флот теряет 10 процентов боевой эффективности на каждую тысячу миль от своей базы. Но это были доктрины линейных флотов эпохи Первой мировой войны. В операции Ямамото удар наносили не орудия линкоров, а авианосные самолеты, вооруженные бомбами и торпедами и прикрытые истребителями. Его оперативное соединение должны были сопровождать танкеры, и пополнение запасов топлива планировалось проводить в море.
Эффективность атаки торпедоносцев против кораблей, стоящих на якорях в гавани, была проверена японцами в ходе военных игр в апреле – мае 1940 года. Как обычно в таких играх были жаркие споры вокруг решений посредников. Но контр-адмирал Сигэру Фукудомэ, командующий морской авиацией и начальник штаба Ямамото, решил, что такая игра завершается решительной победой, так как неподвижные корабли не имеют шансов уклониться от торпед. Адмирал Ямамото также решил, что массированная атака торпедоносцев будет успешной, если удастся добиться внезапности. Когда 12 ноября 1940 года британский флот действительно провел такую атаку против итальянских кораблей в гавани Таранто, это подтвердило правильность выводов, сделанных японцами, во время игр. 21 самолет потопил 3 итальянских линкора, причем были сбиты всего 2 самолета.
Ямамото приказал японским морским атташе в Лондоне и Риме детально изучить налет на Таранто. Получив их донесения, Ямамото приказал Фукудомэ начать изучать вопрос использования торпед, специально спроектированных на малые глубины хода. Контр-адмирал Такидзиро Ониси и капитан 2-го ранга Минору Гэнда, один из лучших японских пилотов, были привлечены к работам. К январю 1941 года Ямамото получил заключительный отчет. Он решил, что в случае начала войны первый удар должен нанести флот. После жарких споров Ямамото сумел преодолеть сопротивление адмирала Наганo, начальника Морского генерального штаба.
Так как большая часть американского Тихоокеанского флота постоянно находилась на якорных стоянках Пёрл-Харбора, немедленно начали разрабатываться планы внезапной атаки. Более тщательное изучение Пёрл-Харбора проводилось сотрудниками японского консульства в Гонолулу. Военно-морская разведка в Токио получала их еженедельные отчеты о кораблях на стоянках и в море. В сентябре бухта Кагосима была выбрана в качестве секретного места отработки атаки Пёрл-Харбора. Началось производство торпед со специальными деревянными стабилизаторами, приспособленными для использования на мелководье Пёрл-Харбора.
1 ноября 1939 года Сигэру Фукудомэ