欧战爆发后，日本阿部信行内阁发表声明：“日本帝国不介入，专注于解决中国事变”。1939年9月13日，它又宣布“对外坚持自主立场，以应付复杂微妙的国际形势”的外交方针，企图摆脱对德国的依附，与英美保持协调的外交关系，以便最后解决“中国事变”。1940年1月16日开始执政的米内光政内阁，在执政初期基本上沿袭了阿部内阁的外交路线。
1940年4～6月，德军闪击北欧和西欧六国接连得手，令日本眼花缭乱，一度销声匿迹的缔结三国同盟的呼声在日本重新抬头。日本政府认为，低地国家和法国败降后，英国犹如风前残烛，东南亚已成真空地带，日本应乘机同德意结盟，首先摆脱中日战争的困境，进而推行其南进政策；另一方面，德国在西线获胜后，特别是它一旦打败英国，就会强逼战败国割让它们在太平洋地区的殖民地，如果日本参加轴心同盟，德国也许会考虑其负有的义务，不致损害日本在该地区的利益。
1940年9月27日，《德意日三国同盟合约》在柏林签署后，德国外长里宾特洛甫宣读德国政府声明。图中前排右起：里宾特洛甫、希特勒、齐亚诺、来栖三郎。6月19日，日本驻德大使来栖三郎通知德国外交部，正在罗马访问的日本外务省顾问佐藤尚武将去柏林访问，裕仁天皇准备重新考虑他在一年前拒绝的关于建立德意日三国军事同盟的建议。此时，德国正为自己在西线的胜利洋洋自得，而对日德结盟不感兴趣。因此，对日本的提议冷淡地表示：“如果日本有可能向德国提供实质性的利益，如供应原料等，也许能达成一项协定。”7月8日，佐藤在会晤德国外交部长里宾特洛甫时说，由于日本在远东的行动转移了英法美的注意力，使德国得以在西线顺利取得胜利，希望两国今后密切合作，排除美国干涉欧洲事务，在欧洲建立德国的新秩序，在亚洲建立日本的新秩序。里宾特洛甫则表示，三国同盟谈判失败就是由于日本对欧洲事务漠不关心，他不明白现在日本提出加强德日合作有何用意，暗示日本提出更具体的建议。
为此，日本外务省草拟了一份日德协定大纲：（1）德国承认包括印度支那和荷属东印度在内的南洋地区为日本的势力范围，并支持日本在这一地区的霸权，帮助日本处理“中国事变”，给予日本与欧洲非集团通商的优惠待遇；（2）日本承认德国在欧洲和非洲的霸权，并协助德国迫使英国投降，给予德国与“大东亚”地区通商的优惠待遇；（3）德日两国应共同维护同苏联的和平，但如其一国受到苏联的威胁，两国应共同协商采取措施，如果其中一国与苏联开战，另一国不得给予苏联援助；（4）德日两国应共同合作来阻止美国干涉欧洲和亚洲事务。
7月12日和16日，日本外务省和陆军省、海军省官员就上述草案进行了讨论。与会者一致同意外务省拟订的方针，通过《日德意提携强化案》，提出日德意三国“在不参战范围内，实行最大限度的合作。”
在欧战爆发前，米内身为海相曾极力反对与德国结盟。欧战爆发后，米内内阁又奉行“自主外交”，后为形势所迫，它对与德结盟的态度有所改变，但不很积极。米内内阁的谨慎态度遭到陆军将领和其他激进派的强烈反对，他们要求与德意结成生死与共的坚强同盟，决意踢开米内内阁，建立一个能同轴心国密切合作的内阁。
1940年7月16日，陆相火田俊六上将经授意提出辞职，军方则拒绝推荐继任人，米内内阁被迫全体辞职。7月22日，法西斯分子近卫文再次组阁。米内内阁倒台后，与德意结盟谈判的计划未能付诸实施。
7月19日，近卫组阁前夕，在私宅荻洼庄与即将上任的陆相东条英机、海相吉田善吾、外相松冈洋右举行会谈，制定了新内阁的对外政策方针：“为适应世界形势的巨变，迅速建设东亚新秩序，应加强日德意轴心，东西相互策应，以便执行各自的重要政策。”7月27日，日本大本营、政府联席会议通过《适应世界形势变化的时局处理纲要》，决定为“推进中国事变的处理”，解决南方问题，在对外政策上要“以德意为政策重点，特别要迅速加强同德意的政治上的团结。”7月30日，松冈洋右主持制定了《关于加强日德意合作的文件》，提出：如果德意要求军事援助以对付英国，日本原则上表示同意，但使用武力的时间由日本自主决定；如果缔约国一方有与美国开战的危险，缔约各方应就采取何种措施进行磋商。8月1日，松冈洋右和驻德大使来栖三郎还分别在东京和柏林试探了德国对“大东亚共荣圈”和日德意结盟的态度。
德国政府一改其冷淡态度，对松冈的建议做出积极反应。8月13日，里宾特洛甫通过其远东问题专家海因里希·施塔默通知日本驻德大使，德国准备就加强德日同盟问题恢复谈判。对此，德国有其自己的考虑：一方面，法国败降后，英国誓死不降，严词拒绝希特勒的“和平建议”，德国面临长期作战的危险，且美国不断加强对英援助，对德参战的可能性大增，德国希望借助与日本结盟向英国施压，迫其就范，并牵制美国，阻止其参战；另一方面，自法国败降和苏联向罗马尼亚提出割让比萨拉比亚与北布科维纳地区的最后通牒以来，德苏关系开始破裂，德国加快了侵苏准备，它希望借助日本在远东牵制苏联。
松冈洋右邀请施塔默访问东京。日本内阁于9月上旬多次召开首相、外相、陆相和海相四相会议，确定同其谈判的要领：（1）日本与德意两国对建设世界新秩序具有共同立场，对建立和治理各自的“生存圈”应相互给予支持；（2）日德意三国加强经济合作，日本向德意提供“大东亚”的农林、水产、矿产品等，德意应向日本提供必要的技术援助和飞机、机械、化学制品等；（3）日德意三国从东西两面牵制苏联，因势利导，使之符合三国共同利益，并设法使其势力范围向较少直接影响三国利益的地区如印度方向发展；（4）如果“中国事变”大致处理完毕，或国际形势发生变化而不再容许犹豫，那么，日本可以对英美使用武力。9月7日，德国政府全权代表施塔默抵达东京，两天后开始与松冈会谈，提出了德国对结盟的几点要求：日本应牵制美国在东亚的行动，阻止其投入欧洲战争，并协助德国获取战略物资；德国则向日本提供武器和军事物资，并承认日本在东亚的政治领导权。经两天会谈，双方在一系列问题上达成共识：日德意三国希望美国不参加欧洲战争和“日华纠纷”；德国不要求日本介入其对英战争；只有日德意三国坚决采取一致的态度，才能抑制美国的行动；三国条约下一步也要使苏联参加，德国就日苏合作进行斡旋；德国为避免日美在东亚的冲突而努力。9月11日，双方对条约草案取得一致意见。9月19日，日本御前会议认可了会谈结果。
德日就缔结军事同盟达成共识后，希特勒决心将意大利拉入同盟条约。意大利虽与德国缔结过军事同盟，但它不想当德国的副手，企图与德国平起平坐，打一场与德国的战争“相平行的战争”，以实现复兴“大罗马帝国”的美梦，因而与德国同床异梦。德国发动侵波战争后，意大利拒不参战；1940年法国败降后，德国曾准备在英国登陆，意大利不顾德国的劝阻，单独在非洲和希腊挑起战火。因此，德国希望通过签订三国同盟条约向其施压，迫使其调整侵略计划，以协同德军作战。9月19日，里宾特洛甫前往罗马，向墨索里尼和意大利外交大臣加·齐亚诺通报德日谈判的情况，双方就意大利签署三国同盟条约达成协议。
1940年9月27日，德意日三国在柏林签订为期10年的同盟条约。条约开宗明义地写道，德意日三国合作的目的就是要在欧洲和“大东亚”地区建立并维持新秩序。第一、第二条规定，“日本承认并尊重德意志和意大利在欧洲建立新秩序的领导权”；“德意志和意大利承认并尊重日本在大东亚建立新秩序的领导权”。第三条规定，“如果三缔约国中之一受到目前不在欧洲战争或中日冲突中的一国攻击时，应以一切政治、经济和军事手段相援助。”第五条规定，本条约诸款“毫不影响三缔约国各与苏俄间现存的政治地位”。此外，为了实施本条约，条约还规定三国派员组成联合技术委员会。在三国条约签订的当天，松冈和德国驻日本大使欧·奥特还在东京互换了几项秘密议定书。议定书规定，如果日本遭到尚未参加欧洲战争和中日战争的国家攻击，德国将全力给予经济和军事援助，并预先尽力给予技术和物质援助，协助日本做好应付此类事变的准备；如果日本同英国开战，德国尽量援助日本；德国将尽全力促进日本与苏联之间的友好谅解；以前属德国而此时由日本受国联委托管理的岛屿，仍由日本统治，但日本应给德国一定补偿；此时由日本占领的前德国属地在欧战结束后应归还德国，届时双方可经过谈判，将这些属地卖给日本。
三国同盟条约的签订，是德意日实现政治、经济、军事全面勾结的标志，它加强了法西斯国家的战略地位，加速了德意日法西斯的侵略扩张步伐。太平洋战争爆发后，为巩固三国同盟，协调各方行动，1941年12月11日，德意日三国又在柏林签署联合作战协定，规定缔约国各方将以一切手段对英美作战，直到彻底胜利，非经协商，不得单独同英美休战或媾和。
1942年1月18日，三国又签署新的军事协定，划分各自的作战区：东经70°以东的亚洲大陆和太平洋地区属日本作战地带，东经70°以西的近东、中东和欧洲属德意作战区域。
