首席參謀黑島龜人海軍大佐積極參與擬訂聯合艦隊司令部的各種作戰方案和有關戰略戰術，其中襲擊珍珠港作戰計劃是他研究的重點。大西開始苦心孤詣地將山本的設想具體化。大西將擬訂的計劃送到山本手裡後，山本又參照聯合艦隊司令部黑島等人的研究成果，對計劃作了審改，並賦予一個“Z”字母作為代號，稱為“Z計劃”。1941年4月末，山本派參謀黑島龜人大佐攜計劃去東京海軍軍令部彙報，力求得到批准。

在海軍軍令部裡，幾乎所有的人都極力反對聯合艦隊襲擊珍珠港的計劃。就連曾負責擬訂過“Z計劃”的大西瀧治郎和最先主講過襲擊珍珠港作戰理論的草鹿龍之介，都不同意具體執行此計劃。大西當面對山本說：“在日美之間，難以用武力迫使對方屈服。日本去攻擊菲律賓或其他地方是可以的，就是不能去攻擊珍珠港。”他甚至建議，“撤銷襲擊珍珠港的作戰計劃。”

軍令部之所以反對“Z計劃”，主要有以下四個原因：第一，這份遠端襲擊珍珠港的計劃，與日海軍既定的“引敵於近海決戰”的作戰方針相牴觸；第二，日本當務之急是獲取印度支那及南洋地區的資源，攻擊珍珠港收不到掠取資源之效；第三，“山本計劃”把希望寄託在美國太平洋艦隊主力集中停泊於珍珠港內，不切合實際；第四，襲擊珍珠港會捅到美國的痛處，必然招致美海軍的全力報復反擊，後果將不堪設想。

雖然遭到軍令部和其他方面的極力反對，但山本仍不死心。8月7日，他又派參謀黑島大佐在魚雷參謀馬中佐的陪同下，再赴東京軍令部協商這一懸而未決的問題。此時，作戰部仍持反對意見，並且態度越來越強硬。面對大家的反對意見，山本最後表示如果海軍軍令部不同意“Z計劃”，他將不惜辭去聯合艦隊司令官職務。這才迫使海軍軍令部於1941年10月19日批准了這一計劃。此時，距珍珠港作戰僅僅只有50天。在11月的會議上還決定，只有在美國完全同意日本主要要求的情況下才放棄這次行動。

山本的這份偷襲計劃書將所有細節都考慮得非常周密。在兵力編排上，既要求具備強大的突擊力，又要避免編隊過於龐大而被發現。最終確定為航空母艦6艘、戰列艦2艘、重巡洋艦2艘、輕巡洋艦1艘、驅逐艦11艘、潛艇3艘、油船8艘，共計33艘艦船。艦載機共計423架，其中擔負突擊任務的354架，包括愛知D3A199式俯衝轟炸機（簡稱99艦爆）131架，99式水平轟炸機104架，中島B5N297式魚雷機40架（簡稱97艦攻），三菱A6M2零式戰鬥機79架（簡稱零式艦戰或零戰）。其餘69架飛機則負責保護編隊安全。