在襲擊珍珠港和在北美沿岸展開戰鬥活動的同時，我軍也開始在菲律賓群島和馬來半島登陸。第4潛水戰隊的十艘潛艇在吉富海軍少將指揮下，在馬來半島附近展開，其任務是防止新加坡的英國艦隊破壞我軍登陸和切斷我軍的海上供應線。12月7日拂曉，日軍在馬來半島東岸的登陸，除哥打巴魯地域以外，幾乎全獲成功。12月7日，我方偵察機報告，新加坡停有兩艘英國戰列艦。次日15點15分，「伊—165號」潛艇在新加坡以北，三百海里的中國南海發現兩艘大型軍艦，並識別出它們是「威爾斯親王號」戰列艦和「卻敵號」戰列巡洋艦。這兩艘軍艦以全速向北航行，目的是要切斷我方登陸部隊的供應線。敵艦雖然清楚在目，但卻在魚雷射程之外。「伊—165號」艇長原田海軍少佐便發出了密碼電報，報告了兩艘敵艦的方位和航向。馬來半島作戰司令部及時收到了這份電報，並命令在該區域的全部潛艇立即出動，在水面以最大航速追擊敵人。在馬來半島附近作戰的日本海軍兵力有「金剛號」戰列艦、「榛名號」戰列艦、一個巡洋艦戰隊和一個驅逐艦戰隊，統由近籐信竹海軍中將指揮。這些兵力實際上都不是敵人的對手，但我方軍艦仍以全速前進，企圖迫使敵人接受夜戰，以便在夜戰中取勝。可是到了夜間，卻與敵艦失去了接觸。12月10日3點40分，「伊—156號」潛艇發現了向南航行的敵艦，隨即向敵艦發動了攻擊，但因天黑，射出的魚雷均未命中目標。拂曉，航空兵在襲擊珍珠港成功的消息鼓舞下，也開始搜索敵艦，並用炸彈炸沉了這兩艘敵艦，使英國海軍遭到了沉重的打擊。從這一天起，戰列艦在大型軍艦中的主力地位，便讓給了航空母艦。
雖然我們的航空兵可以為自己在這次戰鬥中所起的作用而自豪，但首先發現並測出這兩艘敵艦位置的畢竟是潛艇。因此，這次襲擊的成功應看成是潛艇和航空兵協同作戰的結果。
聯合艦隊司令長官在制定作戰計劃時必須解決一個主要問題，即首先要確知敵人的作戰規模，特別是要判明敵人最可能使用哪些兵力集團與我海軍主力相對抗。要得到這方面的情報，方法是很多的，其中最為可靠而又切實可行的是空中偵察。但由於偵察機的活動半徑不大，所以便把希望寄託在潛艇攜帶的飛機身上。我國潛艇的體積是逐漸加大的，從而使艇上飛機的活動半徑也不斷增大。我軍當局早在戰前就付出很大力量來改進這種潛艇。最初是用「伊—5號」潛艇進行攜帶飛機的試驗。以後，海軍製造了新式潛艇，甲板可以安裝飛機彈射器。戰爭爆發時，共有十一艘潛艇可以攜帶專用飛機，其中有「伊—7號」、「伊—8號」、「伊—10號」、「伊—15號」、「伊—17號」、「伊—19號」、「伊—21號」、「伊—23號」和「伊—26號」。以後又製造了一些由潛艇攜帶的新式飛機。到戰爭快結束時，共建成以下二十四艘攜帶飛機的潛艇。從「伊—27號」到「伊—45號」，以及「伊—54號」、「伊—56號」、「伊—58號」、「伊—11號」和「伊—12號」。
潛艇所攜帶的飛機都是單座的水上飛機，以每小時一百六十五公里的速度可連續飛行三小時。這種飛機體積很小，機上除無線電台之外，別無其它武器，只要遇到敵方戰鬥機，就一定被擊落。
將飛機吊起和固定在甲板上，大約需要一個小時。因此，當潛艇受到嚴重威脅、需要速潛脫險時，就不得不把飛機扔掉。
由於這種飛機毫無防禦能力，因此通常是在拂曉以前將它放下，日出時立即收回艇上，使用的時間是非常有限的。在天氣惡劣和有風浪的情況下，飛機便很難在海面著落。總之，採用這種偵察方法帶有很大的危險性。
但是，由於經驗豐富的艇長們的努力和艇員們的沉著工作，許多有價值的情報都迅速地送到了高級指揮部。在這些飛機的飛行員中，經驗最豐富的要算籐田軍士長了。他飛行了四千小時，由於他沉著、勇敢，因而大大便利了艇員收放飛機的工作。
飛機在完成偵察任務返航時，往往很難發現像潛艇這樣小的目標。因此，就需要規定會合地點，無論潛艇或飛機都應準確到達這一地點。
飛機通常在敵人海岸附近起飛。飛機起飛後，潛艇便與它保持不間斷的無線電聯繫並等待它返回。此時，艇長和艇員們時刻擔心自己會被敵方偵察機突然發現。如果飛機在半小時後返航，那麼在飛機降落之後，潛艇大約還需要用一個小時進行備潛。這樣，潛艇在水面總共要停留兩個半小時。
在準備飛行時，機翼有時被碰壞，需要立即修理。在進行練習性的起飛時，飛機發動機在潛艇浮出水面十至十五分鐘後就可以發動；但如果在離敵人很近時起飛，則需要經過三十至六十分鐘，也就是在確信潛艇沒有被人發現之後才發動。
宣戰之前，「伊—10號」和「伊—26號」潛艇奉命駛往斐濟群島、薩摩亞群島、土土伊拉群島和阿留申群島一帶進行偵察，並限定在1941年12月5日前完成此項任務。兩艇分別在11月16日和19日離開了橫須賀，沒有動用飛機就完成了受領的任務。「伊—10號」除了12月4日在斐濟群島附近發現一艘美國「阿斯托里亞號」巡洋艦之外，別無其它發現。
1941年12月17日拂曉，「伊—5號」艇上的飛機對珍珠港進行了一次偵察，得到了寶貴的情報，幫助我們瞭解到我方機動部隊在戰爭開始時，使敵基地和艦艇受到了哪些損失。
1942年1月，「伊—9號」在由北美沿岸返回瓜佳林的途中，也曾派出飛機往珍珠港進行偵察。
1942年2月，「伊—25號」由瓜佳林出航，在兩個月內，對澳大利亞東海岸和紐西蘭的各主要港口進行了偵察，獲得了很多寶貴的情報。該艇於4月初返回日本。艇上的飛機曾偵察了雪梨、墨爾本、霍巴特（塔斯馬尼亞島）、威靈頓、奧克蘭、蘇瓦和帕果（土土伊拉島）等地。
「伊—17號」曾奉命對印度洋的可倫坡和亭可馬里基地實施空中偵察，但因敵防衛嚴密，未能完成規定的任務。
在中途島和阿留申群島附近作戰期間，「伊—25號」和「伊—26號」曾於1942年5月從橫須賀去科迪亞克島（阿留申群島）進行空中偵察。「伊—25號」在荷蘭港附近準備放出飛機時，發現了一艘敵巡洋艦。這使艇長進退兩難，但他最後仍決定按原計劃派出飛機去進行偵察。巡洋艦從潛艇附近駛過，沒有發現潛艇。此後不久，又出現了一艘敵驅逐艦。幸好這時飛機已經收回到艇上，該艇立即下潛到安全深度。大約在同一時間內，「伊—26號」在準備放出飛機時，被一架敵機發現。潛艇不得不立即下潛，把所攜帶的飛機扔在海面。
潛艇攜帶飛機進行空中偵察，一直繼續到1944年。隨著敵護衛艦艇和巡邏飛機活動的加強，這種偵察活動也就日益困難起來。1943年8月19日，「伊—17號」在努美阿（新喀里多尼亞島）基地附近進行偵察時，被一架敵機擊沉。
1942年8月，為了報復美國「B—25」式飛機對東京的襲擊，決定對美國大陸進行一次空襲。我們的計劃是向奧瑞岡州森林地帶投擲燃燒彈，所用的都是由潛艇攜帶的小型飛機，每架能攜帶兩枚75公斤重的燃燒彈。1942年8月15日，「伊—25號」潛艇在田上明二海軍少佐的指揮下帶著六枚特製的燃燒彈，離開橫須賀去執行這項任務。該艇沿大圓航行，於兩周後到達了奧瑞岡州海岸。但由於天氣不好，不能出飛機，因此該艇便駛向布藍科角以南等待天氣好轉。9月中旬的一天，「伊—25號」於日出前半小時駛抵布藍科角燈塔以南六里處，由籐田駕駛的飛機從艇上起飛。飛機在布藍科角東南八十公里的森林地帶投擲了兩枚燃燒彈。炸彈投下後，目標所在地區冒起白煙。飛機安全地回到了已在水面等待了兩小時的「伊—25號」艇上。這次投下的是兩枚特製的燃燒彈，命中目標後，能產生高溫。估計炸彈引起了一場大火，因為美國電台曾廣播說死傷了一些居民。
日落後兩小時，該機再次出動。這次，炸彈投擲在布藍科角以西十六公里處。當籐田回到規定的會合地點（布藍科角以東八十公里）時，他已很難確定潛艇的所在位置。幸好他順著潛艇在水面留下的油跡找到了潛艇。
9月底經常下大霧，到了10月天氣更壞了，收放飛機非常困難或者根本不可能，因此上述行動便停止了。
10月初，「伊—25號」潛艇在美國西海岸擊沉了兩艘油輪，並且以剩下的唯的一條魚雷擊沉了一艘美國潛艇。月底，它回到了日本本土。
此外，潛艇還完成了其它任務。1942年3月，曾計劃使用水上飛艇對珍珠港實施一次空襲。「伊—22號」潛艇奉命為水上飛艇選擇一個中途加油站。結果，該艇選中了弗倫奇—弗里格特環礁〔註：詳情參閱《反會合》一文。《美國海軍學會會報》，1953年5月，第498頁。〕。同時，該艇還對夏威夷和中途島之間的海域進行了一次預先偵察。2