由于航速过慢，无法到第一线参与作战，只曾于1942年6月随第一舰队出征中途岛战役，及后在濑户内海用作训练战舰。昭和19年（1944年）10月雷伊泰湾海战爆发，山城号和扶桑号成为第一游击部队第三部队的主力，由西村祥治中将率领下在10月24日晚上闯入苏里高海崃，与美国舰队交战。当时该舰队只有战列舰山城号、扶桑号、航空巡洋舰最上号和4艘驱逐舰，与美国6艘战列舰、8艘巡洋舰、29艘驱逐舰和39艘鱼雷艇交战，25日晨被鱼雷命中后，西村仍不知道扶桑已被击沉，发电给栗田“海峡口有敌人驱逐舰和鱼雷艇，我军两条驱逐舰中雷