室積湾沖で真珠湾攻撃の図上演習を実施。各指揮官が集結する大規模なものになった。図演の結果、アメリカ艦隊の主力艦艇の撃破には成功したが赤城と飛龍を喪失、艦載機も三分の一を失う惨憺たるものだった。このため戦力不足を指摘され、翔鶴型の戦力化が急がれた。真珠湾攻撃を敢行するにあたり、戦艦を爆撃する必要が出てきた。長門用の40cm砲用九一式徹甲弾を800kg爆弾に改造するという荒業で凌いだ。改造された800�爆弾はアリゾナの撃沈に使用された。長門座乗の山本五十六長官は、最後まで対米戦争に反対していた。長門の後部甲板にある先任将校の個室にこもり、ふんどし一丁で瞑想。部屋の明かりはロウソク1本のみである。奇抜な天才肌である彼は、一人で作戦全般を練り上げ、真珠湾攻撃の骨子を作り上げた。12月2日、大本営から「ニイタカヤマノボレ1208」の暗号を機動部隊に取り次ぐ。開戦は避けられない状態になった。米英の監視の目を欺くため、長門は偽装電報や陽動で間接的に機動部隊を援護している。8時30分、長門は山本五十六長官が座乗する連合艦隊旗艦として柱島を出撃。午前3時23分、遠く離れたハワイ沖から発せられた攻撃成功を意味する「トラトラトラ」電文を受信している。ハワイ作戦から帰投する空母が損傷していた場合、これを曳航する役割が与えられた。呉鎮守府から佐伯航空隊が派遣され、前路哨戒を実施して主力艦隊の豊後水道通過を援護した。外洋に進出した後は速力14〜18ノットに定めて警戒航行。翌9日からは14ノットに落とした。10日午前8時30分、針路90度に変針。16時頃に母島の南40浬に到達した。この頃になると低気圧によって降雨となり、視界不良となる。そのせいで父島航空隊の哨戒機が主力艦隊を敵と誤認して報告してしまった事も。母島の南方で敵潜水艦を発見したとの報告が入り、艦隊は変針しつつ増速。交信状況から、敵は4隻いるものと判断された。勇躍外洋を突き進んでいた長門率いる主力艦隊であったが、全空母無傷という事で支援の必要が無くなり、12月11日午前6時に反転。敵潜水艦2隻を探知して緊張が走るも、何事も無かった。12月13日午前6時30分、柱島泊地に投錨して航海は終了した。ちなみにこの行動は「勲章を貰うだけの行動」と水兵から揶揄されている。柱島の長門を訪れ、山本長官に帰還の挨拶をした。真珠湾の工廠の施設や燃料タンクに手を付けなかった南雲中将の及び腰を非難していたという。1942年1942年2月12日、旗艦の座を戦艦大和に譲る。3月15日、呉工廠に入渠。艦底修理と91式風信儀を改二に換装する。4月9日に出渠し柱島へと回航される。柱島泊地には次のミッドウェー作戦に参加する艦艇が続々と集結しており、長門は深さ約10mの魚雷防御網に守られて停泊していた。5月27日、前衛の南雲機動部隊が先発。乗組員たちは帽振れと羨望の眼差しで見送った。5月29日午前6時、戦艦大和率いる主力隊に所属して柱島を出港。ミッドウェー作戦に参加する。順調に作戦が進めば、6月7日にミッドウェー島近海に進出。上陸部隊の支援と、出撃してきた米艦隊の迎撃を担当するはずだった。6月5日のミッドウェー海戦により機動部隊の中核たる空母4隻を喪失し、一気に雲行きが怪しくなる。救助に当たった駆逐艦から加賀(空母)の生存者を受け入れ、反転離脱した。ミッドウェーの敗戦により、空母の在り方が再検討された。その結果、戦艦も空母の護衛につく事が決まり、その演習を周防灘で行った。伊勢型や扶桑型、そして陸奥とともに円形配置され、その中央に護衛目標の瑞鶴が置かれた。豊後水道から敵役の佐伯航空隊が現れ、防空と回避運動を実施。燃料不足と温存のため長門は内地に留め置かれ、ソロモン戦線には投入されていない。妹の陸奥は第二次ソロモン海戦に投入されたが、低速ゆえに機動部隊についていけず、申し訳程度の護衛を付けられて放置されている。このため仮に投入されたとしても、戦局に寄与できるかどうかは怪しかった。ミッドウェー海戦後、飛龍の副長に戦訓講話を命じられ、生存者が長門艦上で海戦の様子を語った。この講話は重要な問題が次々に出てきるので、聴衆は熱心に耳を傾けていたという。ミッドウェーの敗戦は徹底的に隠蔽され、関係者は後方勤務に回された。長門と陸奥が健在だった事もあり、大敗に気づく国民はいなかった。1942年8月、ミッドウェーの大敗で空母の補充が急務となった航空本部では、低速戦艦の空母化を検討した。長門型の場合、長さ約220メートルと幅約34メートルの飛行甲板を擁する空母になると試算された。よって飛龍型に準ずる空母になりえるはずだったが、金剛型も同様の空母になるとされた。30ノットの快速を誇る金剛型と、25ノットが関の山の長門型では当然前者が空母に相応しい性能であった。長門型の火力は大和型に次ぐものだったので、改装を惜しみ計画は流れた。1943年1943年1月25日から2月2日にかけて呉工廠で主給水タンクを修理。2月23日、陸奥との最後の訓練を行う。5月31日、呉工廠に入渠して対空用の21号電探を装備。これが長門に装備された初のレーダーだった。電探と一緒に対空兵装も強化されている。