所以没有编入水雷战队，而是比照重巡洋舰成立单独作战支队，成为第二舰队辖下第七战队。在1941年底开战时，主要任务为荷兰东印度群岛战役的支援任务；一役，最上号、三隈号两舰偕同日军舰队击沉美国海军及澳大利亚皇家海军，还击沉数艘盟军商船。后来第七战队参加了印度洋空袭、中途岛战役。在中途岛之役时，第七战队因为航舰部队遭击沉，因此掩护战舰本队撤退；撤退返航途中遭遇大雾，视线不良下最上号撞烂了三隈号，导致美军战机得以追上两艘受创的舰艇，三隈号后遭美军击沉、最上号遭重创。返国的最上号在大修时接受了航空巡洋舰改装工程，