W październiku 1940 roku został przydzielony do Sztabu Generalnego Japońskiej Marynarki Wojennej jako szef Sekcji Operacyjnej. W tym charakterze służył przez pierwsze dwa lata wojny na Pacyfiku, podczas której bezskutecznie przeciwstawił się atakowi na Pearl Harbor. Zdecydowanie sprzeciwiał się planom admirała Isoroku Yamamoto w sprawie operacji Midway.
, proponując, by Japonia zamiast tego zajęła znacznie ważniejsze strategicznie grupy wysp Fidżi i Samoa. Tomioka naciskał również na skupienie się na okupacji Port Moresby w Nowej Gwinei, albo jako podstawę do inwazji na Australię, albo aby wyciągnąć amerykańską flotę lotniskowców jak najdalej od swoich baz. Został odrzucony, gdy Yamamoto zagroził rezygnacją.