Asignado ao Estado Maior da Armada Imperial Xaponesa como xefe da Sección de Operacións en outubro de 1940, Tomioka continuou servindo nesa capacidade durante os dous primeiros anos da Guerra do Pacífico, durante o cal se opuxo sen éxito ao ataque a Pearl Harbor. Tamén se opuxo fortemente aos plans do almirante Isoroku Yamamoto para a operación de Midway.
, propondo que o Xapón ocupase os grupos insulares de Fiji e Samoa, moito máis importantes estratéxicamente. Tomioka tamén presionou para que se centrase na ocupación de Port Moresby en Nova Guinea, xa sexa como base para unha invasión de Australia, ou para sacar a frota de portaavións estadounidense o máis lonxe posible das súas bases. Foi rexeitado cando Yamamoto ameazou con renunciar.