完成任务的第一波日军飞机刚刚离去，第二波171架日军飞机接踵而至，实施补充轰炸，扩大战果。经过两波354架日本飞机的轮番攻击，珍珠港美军基地已面目全非。驻泊港内的美军舰艇有的被鱼雷炸沉，有的被炸弹击毁。最惨的是泊于海港中央的“亚利桑那号”战列舰，它幸免于鱼雷攻击，却连中几枚800公斤重的重磅炸弹，其中一枚借重力惯性，穿透厚厚的钢甲，直落弹药仓，引起仓内几百吨炸弹、炮弹同时爆炸。伴随惊天动地一声巨响，一股黑中带红的巨型烟柱腾空而起，升上千米高空，一大片厚厚的装甲板被撕开，“亚利桑那”号战列舰当时沉入水底，升上高空的带火残片雨点般撒落在港区水面及邻近的战舰上，并点燃漂浮在水面上厚厚的一层重油，引起港区大面积燃烧。在岸上，受到攻击的各机场飞机跑道、指挥台、通讯中心均被摧毁，原先整齐排列的飞机现在被烧成一堆堆废铁。整个珍珠港都笼罩在浓烟烈火中，人仰马翻，乱成一团，爆炸声、哭骂声和嚎叫声不绝于耳。日军攻击得手后，扬长而去。美军除残存的几门高射炮零星乱射外，完全失去了抵抗力。
珍珠港一战，美军损失惨重。构成太平洋舰队主力的全部战列舰无一不饱尝攻击之祸，其中3舰沉没、一舰倾覆，其余4舰亦受重创。除战列舰外，还有包括巡洋舰在内的10艘其他战舰被击沉击毁。美军官兵死亡2403人，另有2000余人受伤。此外，有347架飞机被炸毁。日本354架舰载机从凌晨6时第一波起飞到中午13时第二波飞机回舰，前后仅7个小时就打败美军太平洋舰队，夺取了太平洋制海权，创造了战争史上的又一奇迹。为夺取这一胜利，日方仅损失29架飞机、55名飞行员以及5艘袖珍型自杀潜艇和10名艇员。