日军的第二攻击波，共有零式战斗机36架，负责夺取珍珠港上空的制空权；高空水平轰炸机54架，由岛崎海军少佐直接指挥，前往攻击希凯姆机场和卡内欧黑的海军航空站；俯冲轰炸机81架，由江草海军少佐指挥，飞过东面的群山，冲向美军舰只。
这时，天空乌云翻滚，浓烟升腾， 俯冲轰炸机很难找到轰炸目标。舰炮和地面防空炮火越来越猛，使轰炸更添困难。江草毫无惧色，率队冲向集束弹幕，并选择火力最猛的舰只作为攻击目标。这个办法相当有效，第一波攻击时，这些舰只肯定损失不大。就这样，第二波经过认真搜寻，攻击了那些受伤轻微的战列舰只和尚未受伤的巡洋舰和驱逐舰只。
日军第二攻击波的空袭，同样持续了大约一小时。但是，由于美军已经逐渐“清醒了过来”，高射炮火凶猛，使日军的损失比第一攻击波要大，共损失零式战斗机6架，俯冲轰炸机14架。
在第二波向机动部队返航后，渊田海军中佐又驾机绕珍珠港盘旋一周，以观察战果，拍摄照片。他仔细清点，美军有4艘战列舰确定沉没，3艘严重受损，另有1艘战列舰看来只受了轻微小伤，其他各型舰只也受到不同程度的损害，福特岛的水上飞机基地和机场烈火熊熊，特别是惠列尔机场。
由于浓烟弥漫，要详细查清战果是不可能的。机场破坏的情况不明，但是，停机坪上显然没有飞机活动，渊田的座机在空中待了三个小时，没有碰到一架敌机，看来，至少摧毁了岛上一半航空兵力。不过，有几个机库未受到破坏，里面可能有飞机尚能作战。
渊田美津雄的座机是最后返回“赤城”号航空母舰的。其时，“赤城”号上加好油、挂好炸弹的飞机正在提上飞行甲板，准备进行第三次攻击。渊田的座机刚刚停稳，他就被叫上舰桥。南云司令官和参谋人员，正在就是否要发动下一次攻击进行着激烈的争论，他们正在等待渊田的报告。
“肯定击沉了4艘战列舰，1艘当即沉没，1艘倾覆，其余2艘虽然没有倾覆，但已沉入港底。”渊田报告说。
南云司令官看来比较满意：“这就是说，我们已经取得了预期战果。”
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