1941年（昭和16年）4月15日、第一航空艦隊参謀長。長官は南雲忠一中将。真珠湾攻撃の準備を命令された。9月24日、軍令部において大西瀧治郎中将が草鹿の真珠湾攻撃悲観論に同調し、10月初旬には二人で連合艦隊司令長官・山本五十六大将に真珠湾攻撃をやめフィリピン作戦に支援すべきと具申した。山本は大西と草鹿に「ハワイ奇襲は断行する。無理もあるが積極的に考えて準備するように。投機的と言わずに君たちにも一理あるが僕のも研究してくれ。」と説得した。大西は「草鹿君、長官がああまで仰るなら、一つまかせてみようじゃないか」と前言を翻し、唖然とする草鹿を横目に、大西と山本はポーカーを始めた。草鹿は「あの時はまいった」という。山本は草鹿を旗艦「長門」の舷門まで見送り、「真珠湾攻撃は、最高指揮官たる私の信念だ。どうか私の信念を実現することに全力を尽くしてくれ」とを草鹿の肩を叩いた。草鹿は航空参謀・源田実中佐が案画し飛行隊長・淵田美津雄が実行する好取組みと二人を評価しておりなるべく彼らの献策を入れて静かに見守った。出撃前の会議では、不安気な南雲に対し草鹿は「俺は鈍感なのか人は非常な大事をやる様に云ふが、何とも感じない」と連合艦隊参謀長・宇垣纏に語った。宇垣は指揮官と幕僚という立場の差を感じたという。12月8日、太平洋戦争劈頭の真珠湾攻撃で第一航空艦隊はアメリカの戦艦4隻を撃沈、2隻を大破させアメリカ太平洋艦隊を行動不能にする大戦果をあげた。草鹿は、「真珠湾の上空に残って、全攻撃隊の戦果を確認して帰還した淵田中佐から、真珠湾の戦況や戦果について詳しい報告を受け、大体において真珠湾の敵主力を潰滅せしめ得たことがわかった。そもそも真珠湾攻撃の大目的は、敵の太平洋艦隊に大打撃を与えて、その進攻企図を挫折させるにあった。だからこそ攻撃を一太刀と定め、周到なる計画のもとに手練の一撃を加えたところ、奇襲に成功しその目的を達成することができた。機動部隊の立ち向かうべき敵はまだ一、二にとどまらない。いつまでも獲物に執着すべきでなく、すぐ他の敵に対する構えが必要であるとして、何の躊躇もなく南雲長官に進言して引き揚げることに決した。”なぜもう一度攻撃を反復しなかったか””工廠や油槽破壊しなかったのは何故か”などの批判もあるが、これは、いずれも兵機戦機の機微に触れないものの戦略論であると思う。」、「私に言わせれば、この際、これらは、いずれも下司の戦法である」、「私に面と向かって反対意見を具申した者は一人もいない」と戦後語っている。また、源田中佐と淵田中佐から付近に数日とどまり空母を撃滅する案が出たが、草鹿は「この作戦の目的は日本南方作戦部隊の側面、後方防衛にある。達成された以上とどまって無期限に長引かせるべきではない」と考えてこれを却下した。帰路についた第一航空艦隊に対し、連合艦隊参謀長・宇垣纏は真珠湾攻撃と同時期に行われた第七駆逐隊（小西要人司令、駆逐艦「潮」「漣」）のミッドウェー島砲撃が効果薄しとみて、ミッドウェーを空襲するように下令した。戦後、草鹿は「参謀長として腹が立ちたり」「横綱を破った関取に、帰りにちょっと大根を買ってこいというようなものだ」とこれを批判している。結局、一航艦は天候不良で補給が困難なこともあり、実行しなかった。その後も一航艦は、ニューギニア、オーストリア、インド洋を転戦し、連合軍の主要根拠地を覆滅しながらの大航海をした。ラバウル・カビエン攻略支援、ポートダーウィン攻撃、ジャワ海掃討戦などで活躍し、太平洋の制空権を獲得した。1942年4月、インド洋作戦におけるセイロン沖海戦ではイギリス空母「ハーミーズ」を撃沈し、トリンコマリー港を爆撃する戦果を挙げた。第一航空艦隊はインド洋作戦までで大戦果をあげながら航空機の損失はわずかで、艦艇には一隻の被害もなかった。。史上類のない連続的勝利を記録し、第一航空艦隊は世界最強の機動部隊となるが、連戦連勝から疲労と慢心が現れていた。連合艦隊司令部幕僚は、南雲と草鹿に批判的であり、山本五十六長官に南雲の交代を要望したが、「それでは南雲が悪者になる」と却下された。山口多聞は一航艦について｢参謀長、先任参謀どちらがどちらか知らぬが臆劫屋揃｣と語っていた。インド洋から帰還した第一航空艦隊に連合艦隊司令部の立案したミッドウェー作戦が命令された。軍令部で説明を受けた草鹿と第二艦隊参謀長・白石萬隆はドーリットル空襲の騒ぎの直後であり、敵機動部隊来襲を未然に防ぐためという先入観から主目的をミッドウェー基地攻略、副目的を敵機動部隊撃破と解釈した。長期作戦後で艦のドック入り、補充、修理、訓練と準備のため時間との戦いだった。草鹿は「準備期間が不十分で不満もあったが強く反対せず、何とかやれるだろうと考えていた。それよりハワイ攻撃の戦死者の2階級特進の方に関心があった」という。当時真珠湾で戦果をあげた航空部隊の戦死が一般と同じ扱いで士気に関わると一航艦で不満が高まっていた。草鹿はミッドウェー作戦について「真珠湾以来成功が続いていたが、消耗もあり反対だった。ミッドウェー攻略自体多大な疑問があり連合艦隊から作戦は決定され強要された。しかし抵抗はしなかった」と語っている。1942年（昭和42年）5月4日の研究会で、草鹿は白石と延期を申請したが却下され、5日に再び訪問した際に第二段作戦を手交され、その日は延期の申請をせずに帰った。また、ミッドウェー作戦は時期尚早であると、二航戦司令官山口多聞少将と航空参謀源田実中佐が連合艦隊に反対したのに対し、連合艦隊司令部はもう決まったことであると取り合わなかったが、草鹿はここであきらめたことが間違いであったと戦後語っている。戦訓分科研究会において、宇垣は草鹿に対し、「敵に先制空襲を受けたる場合、或は陸上攻撃の際、敵海上部隊より側面をたたかれたる場合如何にする」と尋ねると、草鹿は「かかる事無き様処理する」と答えたため、宇垣が草鹿を追及すると、航空参謀の源田が「艦攻に増槽を付したる偵察機を四五〇浬程度まで伸ばし得るもの近く二、三機配当せらるるを以て、これと巡洋艦の零式水偵を使用して側面哨戒に当らしむ。敵に先ぜられたる場合は、現に上空にある戦闘機の外全く策無し」と答えた。そのため宇垣は注意喚起を続け、作戦打ち合わせ前に「第一航空艦隊はミッドウェー攻撃を二段攻撃とし第二次は敵に備える」とした。宇垣は「今後千変萬化の海洋作戦に於て果して其の任に堪えゆるや否や」と心配したという。出撃前、草鹿は、攻撃日が決まっているので奇襲の機動余地がなく、空母はアンテナ受信能力不足で敵情がわかりにくいので、連合艦隊が敵情を把握して作戦転換を指示するように、連合艦隊参謀長・宇垣纏中将に取りつけた。しかし、連合艦隊は付近に敵空母の疑いを感じ、情勢が緊迫してきたと判断しながら、甘い状況判断の放送を東京から全部隊に流したまま、自己判断を麾下に知らせなかった。このことで一航艦は米機動部隊の奇襲を受けて敗北した。宇垣は海戦後の日記に第一航空艦隊に対して「当司令部も至らざる処あり相済まずと思慮しあり」と残している。6月5日、第一航空艦隊はミッドウェー島基地攻撃隊を出撃させ、ミッドウェー海戦が始まる。攻撃を終えた飛行隊長友永丈市大尉は、司令部に対し「第二次攻撃の要あり」と打電した。南雲長官は、ミッドウェー攻略部隊のため制圧を間に合わせなければならず、米艦隊はハワイにいるという連合艦隊の敵情判断に従って行動しており、帰還中の偵察機からも報告がないため、山本五十六大将から米艦隊迎撃のために待機を指示されていた残り半数の攻撃隊を兵装転換して使うことに決定した。草鹿によれば、「山本の望みは南雲も幕僚もよく知っていた。事実状況が許す限りそうした。しかしミッドウェー基地の敵航空兵力がわれわれに攻撃を開始し敵空母も発見されていない状況でいるのかどうかわからない敵に半数を無期限に控置しておくのは前線指揮官にとして耐えられないことだった。後で問題だったとしてもあの当時の状況では南雲の決定は正当だった」と語っている。しかし、偵察機が予期せぬ米軍機動部隊発見の報告があり、第二航空戦隊司令官・山口多聞少将から陸用爆弾のまま即時攻撃の意見具申がされた。しかし、直掩戦闘機の準備ができておらず、第一航空艦隊上空にミッドウェー島攻撃を終えた第一次攻撃隊100機が帰還し着艦収容を待っていた。そのため南雲は帰還部隊の収容を優先させた。草鹿によれば、敵の来襲状況を見ると敵は戦闘機をつけずに来て面白いように撃墜され、全く攻擎効果をあげておらず、これを目前に見ていたので、どうしても艦戦隊を付けずに艦爆隊を出す決心がつかなかったという。第一航空艦隊は、ミッドウェー島基地航空隊の空襲を撃退し、米軍機動部隊から発進したTBD デバステーター雷撃機の攻撃も連続で全て撃退した。しかし、その直後に米軍機動部隊艦載機による急降下爆撃を受けて、主力空母3隻（赤城、加賀、蒼龍）が炎上し、残った「飛龍」も後に炎上し、自軍によって処分され、空母4隻を失い敗北した。草鹿は、被弾する直前、攻撃隊に準備ができたものから発艦するように命じ、攻撃隊の戦闘機が飛び立とうとしたところに爆撃を受け、あと5分あれば攻撃隊は発艦できたと回想している。これは「運命の5分間」と言われたが、実際には攻撃隊の準備はできておらず、5分で発艦するのは不可能だった。この海戦では索敵において敵機動部隊の発見が遅れたが、一段索敵と決めた草鹿は「攻撃兵力増やそうとして偵察を軽視した」と語っている。艦隊司令部の幕僚は南雲以下全員で自決すべきと先任参謀・大石保が代表して上申したが、草鹿はそれを却下し、南雲に対しても説得しなだめた。雀部利三郎（航海参謀）はミッドウェー海戦後司令部一同の自決を却下した草鹿を「本当の意味で胆が座っていて、ああいうとき冷静になれる人」と評している。連合艦隊司令部のある旗艦「大和」への敗戦報告には、南雲の代わりに草鹿が幕僚を連れて向かった。第一声は「何と申してよいか云うべき言葉なし。申し訳なし」であった。草鹿は連合艦隊長官・山本五十六に「大失策を演じおめおめ生きて帰れる身に非ざるも、ただ復讐の一念に駆られて生還せる次第なれば、如何か復讐できるよう取り計らって戴き度」と嘆願し、山本はそれに「承知した」と答えた。連合艦隊参謀長・宇垣纒は敗戦の報告に「大和」を訪れた草鹿に対し「参謀長に対しては当司令部としても至らざる所あり。相済まずと思量しあり」と謝罪した。草鹿によれば、謝る際に宇垣は敵情がわかっていたようなことを言っていたという。攻撃隊を半数待機させることに関し、草鹿は「自分は着任以来充分の偵察をなしこの一撃と全力を集中することを主義として訓練し又成功したり途中これを変更する気持ちになり得ざりしなり」と答えた。