Вторую волну японских самолетов составляли 54 бомбардировщика, 80 пикирующих бомбардировщиков и 36 истребителей. На этот раз торпедоносцев уже не было. Бомбардировщики сконцентрировались над основными аэродромами, в то время как пикировщики кружили над бухтой, атакуя последние ещё не пострадавшие корабли.
Получившая тяжелые повреждения "Невада" снялась с якоря и отчаянно пыталась выйти из бухты. Это не удалось - на полпути линкор настигли очередные бомбы и он завалился на борт.
Уже в девять японские пикировщики спохватились, что до сих пор упускали из виду сухой док, где стояла "Пенсильвания". Линкор стоял там вместе с эсминцами "Кессин" и "Даунс", а неподалеку от них в плавучем доке находился эсминец "Шоу".
"Пенсильвания" и оба эсминца в сухом доке не могли вести эффективный заградительный огонь по японским самолетам: высокие бетонные стены дока слишком ограничивали обзор. Только когда японцы обнаружили ещё неповрежденную "Пенсильванию" и атаковали её, команда линкора смогла вести огонь по круто пикирующим самолетам. Большой портальный кран, стоявший у края дока, не давал атаковавшим самолетам точно выходить в атаку, но, несмотря на это, они умудрялись попадать в цель.
Сначала загорелись оба эсминца. Тогда командир "Пенсильвании" принял решение постепенно заполнить сухой док водой. Он опасался, что японские бомбы могут разрушить шлюз, тогда вода с громадной силой хлынет внутрь и бросит "Пенсильванию" на горящие эсминцы.
Пока док медленно заполнялся водой, "Пенсильвания" отстреливалась из всех стволов. Казалось, все самолеты японцев стремятся уничтожить единственный ещё не поврежденный линейный корабль. Но результата они так и не добились - "Пенсильвания" отделалась относительно легкими повреждениями. Корабль не потерял способности вести огонь, а потери среди экипажа оказались сравнительно невелики.
Гонолулу в это время был охвачен паникой. Все более частые взрывы сотрясали городские кварталы. Хотя над самим Гонолулу самолетов не было, снаряды рвались непрерывно. Сначала их принимали за бомбы. Позднее было установлено, что из сорока попаданий на территорию города Гонолулу только одно оказалось японской бомбой. Остальные тридцать девять были снарядами собственной противовоздушной обороны. В спешке артиллеристы зачастую использовали снаряды со взрывателями ударного типа, которые срабатывали только при падении на землю. Или от волнения неправильно устанавливали на взрывателях высотность. Это стоило жизни многим горожанам. Единственная бомба, сброшенная японцами на город, упала на здание электростанции.