1939年11月15日、第四艦隊第一七戦隊に復帰、編入された。1940年5月17日、佐世保を出港しパラオ、トラック島方面に行動。11月15日、第一艦隊第七航空艦隊に編入。1941年1月、海南島方面で行動した。千歳は甲標的母艦への改装がされないまま4月10日、連合艦隊第一一航空戦隊に編入。4月と9月に佐世保海軍工廠に入渠し、開戦準備を整えた。11月24日、呉を出港。寺島水道を経て12月2日、パラオに入港。同年12月8日、真珠湾攻撃により太平洋戦争勃発。千歳はパラオを出港し、レガスピー攻略作戦の支援にあたる。パラオに一度帰港した後、12月18日、パラオを出港しダバオ攻略作戦の支援にあたる。12月22日、ホロ攻略作戦の支援とフィリピン攻略作戦に加わる。1942年3月から4月には西部ニューギニア戡定作戦に参加。1942年6月、ミッドウェー攻略作戦に参加するため第十一航空戦隊所属として進出するが、ミッドウェー海戦の敗北を受け中止になった。