Pada saat penyerangan Pearl Harbor, Yūbari menjadi kapal bendera untuk Skuadron Perusak ke-6 dan selama setahun bertugas di area Pulau Truk dan Pasifik Selatan. Beberapa operasi yang melibatkannya selama Perang Dunia 2 diantaranya adalah Pertempuran Pulau Wake, Operasi MO, Pertempuran Laut Koral, Kampanye Kepulauan Solomon, dan Tokyo Ekspres. Sepanjang kariernya, Yūbari banyak bertempur melawan kekuatan udara Sekutu dan pernah mencatat prestasi dimana ia bisa menghindari 67 bom udara dan 12 torpedo sendirian pada pertempuran di Pulau Wake. Sebuah pencapaian yang impresif mengingat ia hanya sebuah kapal eksperimental.