此时，日本联合舰队也已经开始跟踪英国“Z”舰队的活动。9日，暴雨如注，风急浪大，海面上天气十分恶劣，这虽然给航行带来了不少困难，但却十分有利于英国舰队隐蔽它的行踪。大约下午5时左右，在关丹海域执行警戒任务的日潜艇“伊-65”号，终于在潜望镜里发现成纵队向北前进的“z”舰队。“伊-65”号立即向基地报告：“发现敌‘反击’号型战舰两艘，地点在昆山群岛196。360公里处，航向340°，航速14节。”
伦敦裁军会议期间，日美代表合影。右起：山本五十六，戴维斯、松平恒雄、史坦德。“伊-65”号发电完毕，立即逼近英舰，企图进行攻击，不料猛烈的暴风雨袭来，日潜艇失去了追踪目标。
“伊-65”发出的电报被耽误了近2个小时才到达第22航空战队司令部。19时，第22航空战队的53架飞机便紧急起飞，奉命全力搜索并攻击英国舰队。
此时的南海夜幕笼罩，天空浓云密布，能见度极低。突然，一架日机发现海面上有两道闪闪发光的长带，飞行员断定这是英国军舰的航迹，便立即发出了“发现目标”的急电。当日机争先恐后地冲向目标并准备实施攻击的一刹那，却突然发现海面上的舰队原来是小泽中将率领的南遣舰队。
而此时，菲利普的“Z”舰队与小泽舰队相距仅仅15海里，恶劣的气候使他暂时逃脱了日军的魔掌。
10日凌晨2时20分，“伊-58”号潜艇又发现了正在南下的“Z”舰队。它一连向“反击”号发射了5条鱼雷，但均未命中。随后，“伊-58”上浮，将这一最新消息用无线电发回，并以水面最高航速尾随英舰。但与此同时，菲利普也接到了帕利泽从新加坡发来的电报：“日军正在关丹地区登陆。”菲利普认为这一战机不可错过，于是“Z”舰队改变航向驶向关丹。“Z”舰队因此而甩掉了跟踪的“伊-58”潜艇。
但是，菲利普10日黎明赶到关丹时却发现，并无日军登陆。菲利普对舰队长途跋涉而一炮未放就返回军港很不甘心，遂没有立即再返回新加坡港。此举使“Z”舰队陷入了险境。
10日晨，在接到“伊-58”的报告后，日本第22航空战队又开始了紧张的搜索活动。
6点25分，9架陆上侦察机从西贡机场起飞，向南呼啸而去。9架飞机分散成扇形，各机搜索指定区域。7点35分，34架携带炸弹的“九六”式攻击机、26架携带鱼雷的“九六”式攻击机和26架携带鱼雷的“一”式攻击机，不等发现敌人的通报就从西贡各机场起飞，在空中跟随侦察机处于待命状态。
日机的搜索很不顺利，直到10时30分，仍没有发现英国舰队的影子，日机逐渐失去了信心。由于燃油已消耗过半，日机已陆续返航。然而，正在这时，一架“八九”式侦察机突然从云隙中发现海面上有一条细长的白线，仔细看时，正是“Z”舰队。
“发现敌方主力舰。北纬4°，东经103°55”听到侦察机的呼叫，大批返航的日机立即改变航向，一窝蜂般地扑向英国舰队。
11时33分，日机群终于发现了“Z”舰队。
当“攻击”的命令一下达，日本海军航空兵便首先对着两艘主力舰发动了猛烈的攻击。
白井中队的8架飞机集中先扑向“反击”号。“威尔士亲王”号右舷的133毫米高射炮开火了。隆隆的炮声打破了海空的寂静。接着“反击”号的大口径高射炮和驱逐舰的高射炮也一齐开始射击。8枚250公斤的炸弹向“反击”号坠落，其中一枚直接命中了该舰腰部，炸弹穿透了弹射器柱架，在机库甲板上爆炸。正当白井中队调整位置，准备再次轰炸的时候，第二批轰炸机的17架鱼雷攻击机也已到达，它们分成两队，8架以“反击”号为攻击目标，另9架以“威尔士亲王”号为攻击目标。
“反击”号舰长坦南特亲自驾舰极力躲避着一条条鱼雷。同时，他不得已打破无线电静默，向新加坡基地发送了告急电报。
此时由高桥胜作指挥的鱼雷攻击编队又到达了“Z”舰队上空，分成两队攻击。然而“反击”号又成功地进行规避，一条条鱼雷恰好从它的两舷侧旁穿过。
10分钟后，专门用来攻击舰队的鹿屋航空队“一”式陆上攻击机队26架，又加入了战场。按计划，第1中队攻击第1号舰，第2中队攻击第2号舰，第3中队则视情况参加攻击受损程度较轻的军舰。
第3中队队长壹歧春记率领该中队加入了第2中队攻击“反击”号的行列。15架鱼雷轰炸机同时从15个不同的方向进攻，使得坦南特舰长根本无法看清鱼雷的航迹，更无法转舵利用蛇行规避疾驰而来的鱼雷。15枚鱼雷中有14枚命中目标。连续的爆炸使舰舱内机械到处都在断裂，大量海水涌进，很快失去浮力。5分钟后，坦南特意识到他的军舰已无法幸存，在军舰倾斜40°的情况下，他一手抓住栏杆，一手将麦克风举到嘴边，强忍着悲痛用颤抖的声音说：
“舰员们，你们都已表现得十分出色，我由衷地感谢你们。现在就请你们各人照看自己吧！上帝保佑你们。”
接着他下令弃舰。8分钟后，“反击”号沉没。
在“反击”号遭受攻击的同时，“威尔士亲王”号大小100多门火炮，朝着蜂拥而来的日机拼命射击。日机不顾死活地鱼贯俯冲而下，在大约152米的高度投放了9条鱼雷。鱼雷溅水后，以40节的速度冲向“威尔士亲王”号，在海面上划出一道道雪白的航迹。这艘旗舰避开其中的7条鱼雷，但未躲过另2条鱼雷的致命攻击，它的中部和左舷后部被击中，军舰猛烈一震，伴随着震耳欲聋的爆炸，巨大的水柱夹着浓烟突入云空，高达200米……
日机最后一次攻击开始了。负责给予“威尔士亲王”号最后一击的是武田大尉率领的8架飞机，它们各自均携带了500公斤的穿甲炸弹。武田大尉判断“威尔士亲王”号的速度是6海里，瞄准后大叫一声：“投！”除了有1枚炸弹未投下外，其余的7枚向“威尔士亲王”号当头落下。有2枚炸弹穿透甲板，在舰体内爆炸，烈焰顿时腾空而起。渐渐地，倾斜的后甲板离海面仅仅只有1米了，重油向海面流出，“威尔士亲王”号速度停滞，左横倾急剧增大，在连续发出一阵惊天动地的巨响之后，号称世界上最精锐的战舰露出了它的红色的舰底，从舰尾垂直插入海中……
几分钟之后，5架航速缓慢的“水牛”式英国飞机才迟迟从新加坡赶到，他们正好目睹了“威尔士亲王”号的翻沉。
在这次突袭中，英国有840名海军官兵丧命，其中包括英国远东舰队司令菲利普海军上将。而日本舰队飞机的损失微乎其微：3架被击落，1架着陆时撞毁，2架受重伤，25架受轻伤。
10日晨，丘吉尔在伦敦的寓所接到了第一海军大臣语无伦次、声音怆然的电话：
“首相，我不得不向您报告，‘威尔士亲王’号和‘反击’号都被日本飞机炸沉了。汤姆·菲利普已经淹死。”
消息传到“长门”号，舰上一片欢腾，山本五十六更是喜不自禁。他排除众议，坚持用自己亲手培养起来的海军航空兵，对世界上最精锐的军舰进行了无情的打击和毁灭性的攻击，从而宣告了海战史上空中打击时代的到来。如果说珍珠港的袭击证明飞机可以击沉静止的军舰，那么此战则无可争议地证明，大型战列舰主宰海洋的时代一去不复返了。从此以后，这些庞大的海上堡垒，只有在航空母舰战斗机提供强有力掩护的时候，才能成为有效的海上武器。
12月12日，天皇裕仁对山本五十六赐语：“联合舰队航空部队歼灭敌方英国远东舰队主力于南中国海，宣扬威武于中外，朕特嘉奖。”
神佑天助
荷属东印度是控制亚洲和与澳洲、太平洋与印度洋海上交通的咽喉要道，又盛产石油、橡胶、锡、煤等战略物资，久为日本军阀所垂涎，是日军南下的主要战略目标。日本军部早已为此制定了进攻荷印的战略方针：
美军攻击机从航母上起飞执行战斗任务。“以马来亚、菲律宾为基地，从两翼实施包围，逐岛夺取，先扫除外围岛屿，夺取机场，掌握制空权和制海权，切断荷印与澳大利亚和印度的联系，最后集中兵力夺取爪哇岛。”
该战役指挥官由日本今村中将担任，拥兵10万。山本五十六派出了他的第3舰队和第11航空队，陆军航空队第3飞行集团所拥有的430架飞机配合海军作战。
当时，盟军在荷印地区的兵力，陆军为9．2万，海军各类舰船为146艘，作战舰只88艘，各类型飞机300余架。盟军的陆海空实力与日军相比还是颇为强大的。
1942年1月20日，在望加锡海峡巡逻的盟军潜艇发回急电：
一支日本舰队正经由婆罗洲与西里伯斯岛的望加锡海峡全速南下。其中运输舰、货船共22艘，由巡洋舰和驱逐舰队护航。
日军就要对油港巴厘巴板下手了！
1月23日夜，夜幕笼罩着望加锡海峡，盟军塔尔波特将军率舰队出击。24日凌晨3点，两只舰队在巴厘巴板附近海域遭遇。塔尔波特率“福特”驱逐舰队一马当先，与日舰往来冲杀。此次夜袭，盟军击沉日军运输船4艘，日军官兵死亡达1，000余人。
尽管日军在望加锡海战中遭受挫折，但南下锋芒依然锐利。对盟军来说，局势仍十分严峻。2月3日，盟军又派遣杜尔曼海军少将率巡洋舰5艘、驱逐舰7艘再度向巴厘巴板实施突袭。2月4日清晨，高速北上的杜尔曼舰队被日侦察机发现，54架日机立即从婆罗洲和西里伯斯机场起飞。将近中午，日机每9架结成一队，首先向巡洋舰“休斯敦”号和“马波亥德”号扑来。一枚炸弹击中“休斯敦”，后炮塔被炸成一堆废铁，50余名舰员当场毙命。“马波亥德”也连连中弹，驾驶装置被炸坏，死伤累累。杜尔曼见战况不利，急令舰队向芝拉扎港撤退。
此次空袭战被称为爪哇海战。日军经此一战夺取了爪哇海的制空权。此后短短的半个月内，日军又在邦加岛海域和巴厘岛海域两次击溃杜尔曼舰队。爪哇岛进一步孤立，局势日渐危急。
2月22日，爪哇海面又起凶端——日军第48师团搭乘41艘船只，在第4水雷战队和第2、第9驱逐舰队的护航下，摆成前后长达30公里的长蛇阵，沿薄雾弥漫的爪哇海面南下。关系到整个爪哇岛命运、决定盟军能否继续在南洋群岛立足的泗水海战一触即发。
27日，杜尔曼第三次奉命率5艘巡洋舰和10艘驱逐舰迎击日军。
27日下午5时46分，盟军舰队在日舰炮射程之外首先发难，数十发炮弹落在日本船队附近。在日舰队情势危急万分之际，“那智”和“羽黑”号重巡洋舰从日舰船左后方赶了上来，双方舰只在25，000米的远距离上展开了一场猛烈的炮战。双方均有损伤。狡猾的日军决定对盟军舰队实施远距离鱼雷偷袭，然后乘敌方混乱之际，迫近猛攻，一举歼灭。
于是，日本第2水雷战队冒着呼啸的炮声向敌舰突进。在9，000米位置上，日舰向盟军发射了43枚鱼雷，但因距离过远，全部脱标。日军气急败坏，疯狂地将8艘驱逐舰排成一列，对盟军实施肉搏式强袭。盟军毫不畏惧，勇猛还击。在爪哇海面，双方激战一个多小时，战得昏天黑地，仍难分胜负，但均损失重大。为避免两败俱伤，盟军向东南退却，日舰则向北退避，期待夜战。
28日零时40分，日舰“那智”和“羽黑”号趁夜色南下，在相距7，200米的位置上向盟军发射了12条鱼雷。盟军旗舰巡洋舰“鲁特”号及“爪哇”号躲闪不及，被鱼雷击中后在熊熊大火中迅速倾覆下沉。南征北战的杜尔曼少将与366名官兵一同葬身海底。其余盟军趁着突降而至的暴风雨天气逃离爪哇海面。
28日凌晨，从爪哇海面逃离出来的“休斯敦”号、“佩斯”号巡洋舰和“厄佛仙”号驱逐舰，试图驶过爪哇和苏门答腊之间的巽他海峡，逃进印度洋。当它们绕过巴达维亚（今雅加达）西面的岬地时，恰巧遇上在此登陆的日本第16军主力正在换乘。“休斯敦”号、“佩斯”号和“厄佛仙”号突然出击，日军运输船队措手不及，秩序大乱。但就在此时，由3艘巡洋舰和9艘驱逐舰组成的日本掩护部队迅速到达，“休斯敦”号被203毫米口径的大炮击中，舰上汽管被炸裂，接着又中鱼雷1枚，前部主炮塔座被击毁，身经百战屡击不沉的“休斯敦”终于没有逃脱覆灭的命运。
与此同时，“佩斯”号也身中4枚鱼雷，正在它奄奄待毙之际，6枚鱼雷又接踵而至，“佩斯”号轰然翻沉。随行的驱逐舰“厄佛仙”号也永眠大海。
泗水海战和巴达维亚海战使盟军舰队几乎倾家荡产。爪哇岛的盟国陆军更是处于束手待毙的境地。
令盟军雪上加霜的是，以航空母舰“赤城”号、“加贺”号、“苍龙”号、“飞龙”号为中心的南云舰队以及近藤指挥的第2舰队和南方部队本队，为歼击从荷印地区向澳大利亚逃跑的残余盟舰，并防止美太平洋舰队前来增援，已奉山本五十六之命向爪哇以南海面出击。自3月1日至4日，日舰队共击沉企图逃往澳大利亚的盟军巡洋舰2艘，驱逐舰3艘，其他舰船13艘，仅有4艘驱逐舰侥幸逃脱虎口。美英荷澳海军联合司令部就此解散。
日军南下占领爪哇岛的大门终于被打开了。
太平洋战争爆发初期，日本海军东进夏威夷偷袭珍珠港的同时，又大举南下，形成了在两个广阔的战区发动战略进攻的局面。作为联合舰队司令的山本五十六，由于亲自制定了偷袭珍珠港等重大的作战计划，并指挥联合舰队四面出击，所向披靡，因而在日本的声誉此时已经达到了高峰，他被日本人视为“战神”、“海军之花”。在这一时期，日本全国各地寄给山本的信件，每天都像雪片般飞上“长门”号。
但是，面对日本联合舰队的赫赫战绩和日本民众的狂热崇拜，从他在当时写给别人的信件中可以看出，山本五十六对日本海军开战之初的战果保持了谨慎的乐观，他对战局的未来发展充满了忧虑。深知日本的国力无法与美国相比的山本，对开战阶段的成功有一种宿命的看法，这使得他根本不敢轻易表现出对胜利充满信心的态度，在大部分时间内，他把这种成功归因于“天助神佑”。1941年12月19日，他在写给原田熊雄的信中有这样一段话：
“开战之初确是顺利，究其因，应归结于天助神佑。在这种时候，尤其应自慎自戒，克己奉公。”
12月18日，山本在给他的姐姐嘉寿子的信中写道：