（一）計劃籌備
太平洋戰爭開戰之初，日本海軍機動艦隊對美國太平洋艦隊的基地——珍珠港發動了一次遠距離襲擊作戰，取得了輝煌的戰果，重創了美國太平洋艦隊，確立了太平洋戰爭初期日本海軍在太平洋上的相對優勢。但是，在襲擊之後，日本留在夏威夷水域活動的潛艇發現，珍珠港正在晝夜不停地進行修複工作。尤其是夜晚，美軍在實施燈火管製的情況下，繼續“大興土木”，加速對設施的維修和擴建工作。為此，日本海軍認為，有必要對珍珠港實施再次打擊，拖延其工程進度。
然而，現在的態勢已經與開戰時有所不同，由於美軍警惕性的提高、南方作戰需要以及這次作戰目的僅僅確定在對當地修複工程的破壞上，因此發動大規模機動艦隊奇襲的可能性和必要性都不高，於是日軍將目光放到了其他手段上。恰好在這個時候，一種新的飛機——川西公司研製的二式飛行艇於1942年2月正式服役，這種巨大的飛行艇在攜帶8枚250公斤炸彈的情況下續航力達到3860公裏，所以日本海軍決定派出一支由二式飛行艇組成的遠程機隊，對珍珠港進行轟炸。
但是，從距離珍珠港最近的日軍控製區馬紹爾群島沃特傑島起飛，轟炸珍珠港後返航，整個航線長度大約4000海裏（約7600公裏），因此該機的續航力仍然顯得不足，必需在途中補充一次燃料。由於可能的加油的水域不在日軍控製範圍，很可能遭遇美軍，如果派遣毫無自我保護能力的油船和輔助船隻風險太大，而一旦派遣軍艦護衛，目標又太大，會破壞整個襲擊計劃，因此聯合艦隊最終決定派遣潛艇為二式飛行艇補充燃料，並確定此次行動的代號為“K”（翻譯成中文就是開號作戰）。隨後，經過計算，日軍選擇中途島東南數百海裏處的法屬弗裏格特淺礁作為燃料補給點。為了保證在那裏加油的安全，聯合艦隊司令部命令剛完成在夏威夷水域規定任務的伊-15號潛艇在返回基地前先航行到法屬弗裏格特淺礁，對該淺礁進行全麵偵察，同時對那裏是否適合實施加油行動進行確認。
2月中旬，返回誇賈林基地的伊-15、19、26號潛艇就地進行了緊急改裝，安裝了特殊的燃料補給裝置，用於在海上對飛行艇的燃料補給作業。14日，三艘艇完成改裝，從第二天起開始進行海上加油訓練。同時，二式飛行艇也自本土來到誇賈林基地，配屬第4艦隊隸屬的第24航空戰隊橫濱航空隊。聯合艦隊確定，將在3月上旬的合適時候實施奇襲計劃（最初設定日期為3月1日）。橫濱航空隊選定橋爪壽雄大尉（海軍兵學校第60期）帶隊執行任務。
（二）第一次襲擊
就在日軍積極準備襲擊行動的時候，2月24日，美軍一支艦艇編隊突然出現在附近水域，並襲擊威克島。原定參加K作戰計劃的潛艇奉命出擊搜索美軍艦隊，因此，K作戰被迫推遲2天進行。
3月3日清晨，伊-15、19、26部署到了法屬弗裏格特淺礁，同時伊-9號潛艇也抵達了位於沃特傑島與法屬弗裏格特淺礁之間的M點（北緯19度，西經174度20分），負責對附近的氣候進行預告以及中途導航工作（因為行動距離實在太遠，導航誤差的積累可能導致航向較大偏差，因此需要中繼修正航向）。
4日淩晨0025時，K作戰計劃正式實施，2架全新的二式飛行艇在橋爪壽雄大尉（位於1號機）帶領下自沃特傑島起飛，一前一後，消失在夜空。整個晚上，他們都沿一條朝偏西北方向的航線飛行。到了8時35分，飛行艇編隊接近了M點，與伊-9潛艇通過長波設備取得了聯係。9時10分，伊-9確認了飛行艇隊的航向正確，於是編隊繼續朝法屬弗裏格特淺礁方向飛行。在下午13時，抵達了淺礁外預定的補給點。然而由於潛艇沒有按時抵達規定的位置，因此飛行艇編隊就在空中盤旋了近1個小時等待。這段時間，飛行員們焦急如焚。但是很快，潛艇就出現了。13時50分，按照日軍原定設想，2架飛行艇相繼著水，隨即伊-15、19兩艘潛艇接近飛行艇，他們將在水麵完成燃料補給作業（由此來看，伊-26當為預備艇，萬一伊-15、19中有一艘出現問題，將接替燃料補給作業）。此時，為了防止遭到美軍偷襲，保持緊急反應能力，潛艇在水麵保持5節速度航行，而在潛艇的拖曳下進行補給的飛行艇也保持發動機工作狀態。