太平洋戦争開戦後、1942年（昭和17年）11月にソロモン諸島方面の作戦担当の第17軍に編入される。当初はガダルカナル島に派遣される予定であったが大本営はガダルカナル島からの撤退を決定、師団は1943年（昭和18年）初頭にソロモン諸島のブーゲンビル島（"Bougainville"）南部に進出する。同年11月、タロキナ地区に連合国軍が上陸し飛行場を建設したため、第6師団を主力とした第17軍は飛行場奪取を試みるが、1944年（昭和19年）3月の反攻（第二次タロキナ作戦）を最後に組織的軍事力を失う。