返回“加贺”号后，源田马上着手拟订计划。他依据山本五十六“力求歼灭敌舰队主力，使其丧失作战能力，摧垮其士气”的基本思想，夜以继日地工作，两周后，一份具体计划诞生了。这份计划的主要内容是：出动全部航空母舰，利用夜晚掩护，秘密驶近瓦胡岛；利用拂晓出动舰载机，对敌舰实施突然攻击；舰载机攻击编队要包括俯冲轰炸机、水平轰炸机、鱼雷攻击机和战斗机；鱼雷攻击机一定要使用，要尽快解决鱼雷不能在浅水水域使用的问题；航空母舰编队要尽量靠近瓦胡岛，完成攻击任务的舰载机必须返舰，不能在海上降落；攻击目标的先后顺序是：敌航空母舰、战列舰、巡洋舰和驱逐舰，重点是航空母舰。在这个计划中，源田对山本的设想作了一些修改和完善。例如，山本曾设想，为了不暴露航空母舰目标，担任攻击的舰载机可不必返回母舰，就在海面降落，等待日方的驱逐舰和潜艇前来救援。山本认为，这样既可避免损失航空母舰，亦可使美国人大吃一惊，认识到日本民族视死如归的气概，从而收起与日本人对抗的打算。源田认为，山本的想法是不现实的，一方面这样将对飞行员心理产生不利影响，会白白牺牲一些宝贵的飞行员；另一方面，航空母舰如无舰载机，就无异于一堆废铁，在返航途中如遇到美军的攻击，就只能自取灭亡。因此，他力主担任攻击的舰载机一定要返回母舰。
源田把计划递交大西后，他们两人又在一起作了详细的研究，大西对计划又作了不少补充。4月初，大西将计划呈报了山本五十六。一份即将给世界带来震动的作战计划，就这样出笼了。
山本五十六之所以要把首次进攻的矛头指向珍珠港，原因有三：第一，珍珠港是美太平洋舰队的基地，在那里如能聚歼其主力，不仅可以切断美海军从海上对其他方向的支援，而且将给美国的士气以沉重打击；第二，日本的根本目的是要征服整个西太平洋、远东和中国，建立“大东亚共荣圈”。但是，如欲南进，首先将会碰到麦克阿瑟和哈特指挥的驻菲律宾美陆、海军的拦阻。驻菲美军和驻夏威夷美军互为犄角。消灭了太平洋舰队主力，驻菲美军就陷入了孤立，南进的障碍也就容易排除了；第三，山本清楚地知道，日海军力量不足，如联合舰队主力用于菲律宾、威克岛、新几内亚等方向，日本近海防御必然空虚，美太平洋舰队可能乘虚出动航空母舰编队以舰载机空袭日本本土。那样，后果就不堪设想了。因此，山本决心先下手为强，以免遭受太平洋舰队的毁灭性打击。
有一段插曲对我们分析山本五十六之所以能取得袭击珍珠港的成功原因很有帮助。尽管山本袭击珍珠港的设想及计划一直是在高度保密的情况下进行的，但是，没有不透风的墙，美国大使馆还是从传闻和对有关迹象的判断上，捕捉到了山本的秘密计划的蛛丝马迹。1941年1月28日，也就是山本上书及川不久，美国驻日大使约瑟夫·格鲁给华盛顿发了一份绝密电报：“据卑职的同僚驻日使节贝尔所言和从包括日本在内的许多方面得知，值此日美关系紧张之际，日本正在计划袭击我珍珠港。尽管贝尔使节认为，这只不过是日方异想天开，然而，各种迹象迫使我不能不信，至少是有这种可能。经再三考虑，我认为还是电告政府为好，以便加以防范。”约瑟夫·格鲁堪称警惕性很高的大使，可惜他的电报及其他一些人的类似警告，非但未起到应有的作用，反被华盛顿决策当局视为谣言。2月1日，美国海军作战部长给太平洋舰队司令官发了一份电报说：“所谓日本计划要袭击珍珠港之说，确系流言，作为美国海军情报部，根本不予相信。”美国政府当时把注意力集中在希特勒和欧洲战局上，在太平洋方向，他们仍在推行绥靖政策，梦幻以此来延缓日本战争机器的运转速度。战争实践证明，这种做法是多么大的失误啊。
◎山本力排众议，坚持偷袭计划
在源田拟订计划的同时，山本在联合舰队司令部又组织了4个研究小组，拟制联合舰队的各种作战方案，并研究有关战略战术。袭击珍珠港当然是他们研究的课题之一。
当源田计划呈送到山本手里后，山本又参照联合舰队司令部的研究成果，对计划作了审修。山本为纪念他所崇拜的东乡平八郎在对马海战中升起的“Z”字旗，将这一计划的保密代号定为“Z”计划，史学家则称之为“山本计划”。4月末，山本派黑岛龟人参谋携袭击珍珠港的作战计划去海军军令部汇报，力争获得批准。但是，海军军令部作战部部长福留繁少将、作战处处长富冈定俊上校和航空参谋三代辰吉中校，都极力反对这一计划，他们认为，这样做是冒险，违背了日本海军既定的作战方针和计划。黑岛无功而返。
由于受传统作战思想的影响，反对这个计划的不仅是海军军令部，海军大臣及川古志郎也未明确表明态度。在联合舰队内部也有很多人反对。
1941年6月，在停泊于宿毛湾的“长门”舰上，山本五十六亲自主持了一次对美作战的图上演习会议。“千岁”号航空母舰舰长山本亲雄也前来与会。山本亲雄曾与山本五十六一起在日驻美使馆武官处共事过，1937-1939年他曾在军令部作战部任职。在演习会议上，山本亲雄发现，在司令部进攻菲律宾的作战方案中，根本没有使用大型航空母舰，仅投以“凤翔”号小型演习用的航空母舰。这与他在军令部主持作战工作时的“竭尽全力进攻菲律宾”的原作战思想完全不符