1942年（昭和17年）1月、伊号第百六十八潜水艦長となり5月13日、ミッドウェー海戦に出撃する。同海戦において日本海軍は空母4隻を撃沈されるなどの損害を受けた。田辺は、度重なる損害を受けながら沈没せず曳航されていた空母ヨークタウン及び駆逐艦ハムマンを雷撃し撃沈した。その後、伊号第百七十六潜水艦長に転じ南方へ出撃。10月20日には米重巡チェスターを雷撃、日本側では発射魚雷6本中2本の命中としており、アメリカ側も損傷を受けたことを認めている。ガダルカナル島への輸送任務に従事中、米戦闘機の銃撃により負傷し、帰国。潜水学校教官となり、1944年（昭和19年）5月に海軍中佐へ進級。1945年（昭和20年）6月には特兵部員に転じ、終戦を迎えた。戦後は紙工場を営み戦友達やその家族共に全員家族一同働く仲にあったという。平成2年亡くなる。