球磨は足柄・長良と第16戦隊を編成しフィリピン攻略作戦に参加、その後はラバウルや東インド諸島の輸送作戦などを行い、1944年1月ペナン沖にてイギリス潜水艦の雷撃で沈没した。多摩と木曽は第21戦隊を編成し、第5艦隊の主力として北方部隊として活躍、1943年のキスカ撤収作戦などに参加した。その後、南方に転じ輸送作戦などを行ったが、多摩は1944年10月のレイテ沖海戦で沈没、木曽も同年11月にマニラ湾の空襲により着底、放棄された。重雷装艦に改造された北上・大井は開戦時には第9戦隊を編成、上記のように大井は1944年7月にマニラ沖でアメリカ潜水艦の雷撃で沈没、北上のみが終戦時残存しその後解体された。