2011年、自動車を構成する諸要素の全てを刷新し、SKYACTIV TECHNOLOGYとして発表した。SKYACTIV TECHNOLOGYを全面的に搭載した車両は、この取り組みと並行的に進められてきた生産分野の改革「モノ作り革新」により、1ドル77円でも日本国内から輸出して全ての地域で利益を生み出せるコスト競争力を持つ。SKYACTIV TECHNOLOGYの開発には「モデルベース開発」と呼ばれる手法が用いられており、この手法を用いた開発力については業界随一と他社から評されている。2017年8月、技術開発の長期ビジョン「サステイナブル Zoom-Zoom宣言 2030」を公表し、圧縮着火による燃焼方式を世界で初めて実用化したガソリンエンジン「SKYACTIV-X」を2019年より市販することを発表した。
1942年（昭和17年）4月28日から1週間かけ、戦艦「大和」で「連合艦隊第一段階作戦戦訓研究会」と「第二段作戦図上演習」が行われた。兵棋図演で宇垣は統監・審判長・青軍長官の一人三役を担うが、日本艦隊が不利な状況にあっても日本艦隊の攻撃結果を大きく、被害を少なく判定した。この図上演習において、ミッドウェー攻略作戦の最中に米空母部隊が出現し、艦隊戦闘が行われ、日本の空母に大被害が出て、攻略作戦続行が難しい状況となり、統監部は審判のやり直しを命じ、空母の被害を減らし空母3隻を残し、演習を続行させた。数次の攻撃で空母「加賀」が沈没、さらに空母「赤城」に9発命中して沈没する結果が出たが、宇垣は赤城を3発命中の小破に変更した。爆撃、空戦などの審判官が規則に従って判決を下そうとしたとき、宇垣は日米の戦力係数を三対一にするように命じた。その後、攻略には成功したが、計画より一週間遅れ、艦艇の燃料が足りなくなり、一部の駆逐艦は座礁した。宇垣は「連合艦隊はこのようにならないように作戦を指導する」と明言した。その後のニューカレドニア、フィジー攻略における図上演習では、沈没したはずの「加賀」を復活させて進行した。この図上演習で米軍（赤軍）指揮官をつとめた松田千秋は、既に連合艦隊の作戦が決定している以上「加賀」を復活させて図上演習を続けることはやむをえないと述べ、そもそも山本や黒島が決定した作戦そのものに無理があったと述べている。沈没した加賀の参加については、甚大な被害を予想させるような図演の結果が図演参加者の間での自信喪失に繋がることを懸念したための配慮とする意見もあるが、図上演習は作戦計画の実行の可能性を検証し、問題点や改善策を総合的に検討する重要な学習機会でもある。戦訓分科研究会において、宇垣は第一航空艦隊参謀長の草鹿龍之介に対し「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「斯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、之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がミッドウェーの攻撃は二段攻撃とし、第二次は敵の海上航空部隊に備える案になり、安堵した。6月5-6日のミッドウェー海戦では、第一航空艦隊の主力空母が次々に被弾炎上。連合艦隊司令部では黒島亀人ら参謀達がパニックに陥ったが、宇垣は冷静に対応して参加部隊を統率して撤退させた。出撃前、第一航空艦隊参謀長・草鹿龍之介は、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ことを宇垣に取りつけた。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。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。海戦後、旗艦「大和」から辞去する草鹿らを慰問し慰問品を送るなど激励している。ミッドウェーで山口多聞が戦死したことを宇垣は「余の級友中最も優秀の人傑を失ふものなり」と嘆き、その後もたびたび山口の最期を惜しんでいる。宇垣は敗因を振り返り、「今日の敵は正に飛行機」として高角砲の射程延長やレーダーの活用、対潜水艦装備の拡充が必要と認識した。8月上旬、米軍のガダルカナル島上陸により戦艦「大和」に乗艦してトラック泊地へ移動、連合艦隊参謀長としてガダルカナル島の戦いが始まる。千早正隆は、ガダルカナル島作戦のころから山本の黒島への信頼が揺らいでおり、次第に宇垣に頼ることが多くなっていたと指摘する。10月1日には山本が宇垣の自室を尋ねて雑談し、宇垣は山本と気兼ねなく話せた事を喜んでいる。宇垣は、その後も南太平洋海戦、第三次ソロモン海戦、い号作戦などを指導する。11月1日、海軍中将に進級。1943年（昭和18年）4月18日、山本五十六と共に一式陸上攻撃機2機に分乗して前線視察中、待ち伏せしていた米軍機に襲撃され、山本搭乗機、宇垣搭乗機ともに撃墜されて山本は戦死、宇垣も負傷した（海軍甲事件）。宇垣は山本の遺骨と共に、戦艦「武蔵」で内地に帰還した。その後、山本の形見として短刀を貰う。陣中録には「かねて山本長官身代わりたらんと覚悟せる身が、長官を失い、かえって生還す」と記してある。宇垣は負傷中も部下を使って口述で戦藻録に記入させた。