1941 wurde Nagano Chef des Admiralstabs der japanischen Marine. In dieser Funktion befürwortete er den Angriffsplan von Admiral Yamamoto Isoroku, der einen Angriff auf Pearl Harbor für den Fall eines Krieges zwischen den USA und Japan vorsah. Er ordnete die unverzügliche Durchführung des Angriffs für den Fall an, dass alle diplomatischen Verhandlungen mit den USA scheitern sollten. Eine weitere von ihm strategisch (mit)geplante japanische Militäraktion war der japanische Angriff auf die Midway-Inseln. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Nagano für die Kriegsführung der japanischen Marine bis zum Frühjahr 1944 mitverantwortlich war. Nagano wurde im Juni 1943 zum Großadmiral ("Gensui Kaigun Taishō") befördert und behielt diese Position für den restlichen Verlauf des II. Weltkrieges bis zu seiner Absetzung.