回日本本土之横须贺海军工厂维修改造，才刚改造完5月1日出横须贺试航，同日晚上11点03分航行至柱岛海域（约御前崎市40海浬外）返航时遭美军攻击。一枚鱼雷击中左舷机械室与发电机室间的舱间，随即诱爆舰上携带的弹药及燃料使瑞穗号失去航行能力；在附近执行任务的高雄号与摩耶号重巡在5月2日凌晨00点30分抵达事故海域救援，虽然在友舰协助下控制火势并试图拖带回港，但因舰内进水无法控制因此在凌晨3点30分下达撤离命令，凌晨4点16分沉没。成为日本在二战中损失的第一艘军舰。