2月7日，日军偷袭珍珠港，于作战当时，山口多闻对其指挥官南云忠一提出发动第三波空袭的要求，以彻底破坏美军港口设施及歼灭部队，但遭到拒绝。此后，第一航空舰队返回时分出，前去支援进攻威克岛的作战。1942年2月19日参与攻击澳洲达尔文港，1942年3月支援爪哇海扫荡。而接下来山口多闻指挥的第二航空战队则在印度洋空袭战役中大放异彩，第二航空战队俯冲轰炸机队击沉英国皇家海军的轻航空母舰“竞技神”与两艘重巡洋舰，取得了惊人高的命中率。他曾向联合舰队参谋长宇垣缠提出以航空兵为中心重整舰队及积极出击掌握战争主动权的意见书