在山本五十六的心血浇注下，日本海军航空飞速发展，日本的飞机生产能力跃居世界第二，空军战斗力也迅速提高。1937年8月，为配合陆军大规模侵华，日本海军发动“八一四”空战，虽然遭到失败，但其跨海作战能力令世界瞩目。
值得庆幸的是，山本的航空打击和空海军思想并未能被海军首脑所接受。早在1934年10月，日本海军军令部就确立“帝国海军第三次造舰补充计划”，决定建造配备18英寸大口径火炮、总吨位达7.2万吨的巨型战舰“大和”号和“武藏”号。山本对此激烈反对，但他的建议未被采纳。几年后，这两艘巨舰尚未显示威力，就被美国飞机击沉了。可想而知，如果山本的思想在日本占据主导地位，将给世界人民带来多么沉重的灾难！
1936～1939年山本任海军省次官，晋升海军上将。1939年起任日本舰队司令官。1940年兼任日本侵略印度支那派遣军指挥官，晋升为海军大将。
指挥突袭珍珠港
第二次世界大战开战不到2年，德国法西斯几乎席卷整个欧洲。正当世界各国都在注视着欧洲战场局势如何发展的时候，东方的法西斯日本利用当时各大国都关注欧洲、无暇他顾的时机，决心趁机南下，占领东南亚地区，建立梦寐以求的“大东亚共荣圈”。美国驻珍珠港的太平洋舰队是其实现这一企图的主要障碍。为此，山本五十六亲率其联合舰队在一个平静而充满假日气氛的星期天早晨，采取突然袭击珍珠港，给美军以沉重打击。