祥鳳は1942年（昭和17年）5月7日の珊瑚海海戦において、MO攻略部隊主隊（青葉、加古、衣笠、古鷹、祥鳳、漣）として輸送船団を護衛中に、アメリカ軍機動部隊艦載機の攻撃を受け撃沈された。経過は以下のとおり。日本軍は米豪遮断作戦の一環としてニューギニア島の要所ポートモレスビーの攻略を目指していた（ポートモレスビー作戦）。その布石として第四艦隊（司令長官井上成美中将：旗艦鹿島）の指揮下でニューブリテン島ラバウルを占領、さらにフロリダ諸島ツラギ島を確保して水上機部隊の進出を企図する。連合軍にとってもポートモレスビーはオーストラリアの安全を守ると同時に、将来の反攻作戦における『跳躍台』として重要な拠点だった。連合軍（イギリス軍、アメリカ軍）はすでに日本軍の暗号を解読しており、祥鳳は新鋭空母龍鶴として認識されていた。また日本軍の複雑な作戦計画に乗じて敵軍の各個撃破を狙える立場にあったが、投入できる空母は2隻（ヨークタウン、レキシントン）のみで、戦力的に充分とは言い難かった。一方の日本軍も、小型空母1隻（祥鳳）のほかに第五航空戦隊（司令官原忠一少将）の翔鶴型航空母艦2隻（翔鶴、瑞鶴）を投入することになった。南洋部隊としては空母加賀（その後、第二航空戦隊〈蒼龍、飛龍〉に変更）の増援を要請したものの、兵力不足のため第五航空戦隊の2隻に変更されたという経緯がある。4月24日、祥鳳は吹雪型駆逐艦漣（第7駆逐隊所属）と共に横須賀を出撃。4月29日、トラック泊地に到着して第六戦隊（第1小隊〈青葉、加古〉、第2小隊〈衣笠、古鷹〉）と合同した。だが第六戦隊との作戦打ち合わせは出撃前日に『辛うじて間に合った』という情況だった。トラック泊地での会議では、第四艦隊参謀川井厳大佐、第五航空戦隊参謀山岡三子夫中佐も出席して、おもに祥鳳の運用について討議したという。第五航空戦隊側は空母3隻（瑞鶴、翔鶴、祥鳳）を集中運用する方針を示し、祥鳳側も搭載機を戦闘機に統一した上で防空任務を担うことを希望した。しかし第四艦隊は輸送船団の護衛を重視して、五航戦の案を却下した。また祥鳳飛行長杉山利一少佐は、祥鳳を輸送船団から分離させ適宜行動するよう主張したが、第四艦隊側は「輸送船団を安心させるために船団の視界内を航行するように」と主張、祥鳳飛行長の意見は却下された。輸送船団14隻の速力は約6 - 7ノットだった。こうして祥鳳の任務はおおむね決定したが、第六戦隊司令官五藤存知少将としても『祥鳳は元来兵力微弱にして練度亦充分とは云ひ難い』小型空母の運用については悩むところがあり、水上機母艦部隊（神川丸、聖川丸）航空隊と連携した上で、本艦任務を船団上空護衛と定めた。MO攻略部隊主隊は4月30日トラック泊地を出撃するが、最初の任務はツラギ攻略部隊の上陸支援だった。航空隊収容のため2隻（祥鳳、漣）は第六戦隊の重巡4隻から遅れた。5月2日に第六戦隊と合流するが、敵飛行艇迎撃時に事故で戦闘機1を喪失した。5月3日、ツラギ攻略部隊はフロリダ諸島（ツラギ島、ガブツ島等）を簡単に占領、ただちに水上機部隊の基地設営がはじまる。作戦成功によりツラギ方面部隊の護衛をやめ、MO攻略部隊輸送船団護衛のために反転した。5月4日、ヨークタウンはツラギ空襲を敢行、睦月型駆逐艦菊月（第23駆逐隊所属）を撃沈し、敷設艦沖島（第十九戦隊司令官志摩清英少将座乗）等に損害を与えた。急報を受けた主隊（第六戦隊、祥鳳）は反転南下してアメリカ軍機動部隊を捜索したが、ヨークタウンは既に南へ避退しており発見できなかった。5月5日昼間の船団護衛を実施後、祥鳳はブーゲンビル島ショートランド泊地にて給油艦石廊から夜間燃料補給を行うことになった。ところが作業不慣れのため約1時間しか補給できなかった。そこで5月7日夜にデボイネ諸島で宝洋丸より燃料補給を行う手筈が整えられた。ショートランド出港後にオーストラリアより飛来したB-17重爆3-4機に爆撃されるが、特に被害はなかった。同日、MO攻略部隊主隊、MO攻略部隊輸送部隊、デボイネ隊のいずれもアメリカ軍基地航空隊・機動部隊に発見され、5月7日の空襲は確定的となった。また日本軍も九七式飛行艇がツラギ南方約600海里に空母1隻を含む艦隊を発見して通報、日米双方とも艦隊決戦に向けて準備を進めた。第六戦隊第2小隊（衣笠、古鷹）は索敵機発進のため一時主隊から分離し、5月7日0700に合流した。5月7日朝、索敵に出たSBDドーントレス(ヨークタウン所属機)はルイジアード諸島ミシマ島北方海面に『空母2隻、重巡洋艦4隻』を発見して報告した。フランク・J・フレッチャー少将が指揮する空母2隻（レキシントン、ヨークタウン）から西北西に約175海里で、フレッチャー少将は日本軍主力空母部隊と判断、躊躇なく総攻撃を命じた。攻撃隊90機以上（レキシントン隊50〈艦戦10、艦爆28、艦攻12〉、ヨークタウン隊43〈艦戦8、艦爆25乃至24、艦攻10〉）が発進した。ところが偵察機が母艦に戻って報告したところ、『巡洋艦2隻（天龍、龍田）と駆逐艦2隻』の誤報であることが判明した。フレッチャー少将は激怒したが、日本軍輸送船団撃破を狙って攻撃隊を呼び戻さなかった。つづいてアメリカ陸軍のB-17重爆から空母1隻および数隻の艦隊を発見したとの報告が入り（最初の攻撃目標から北方35マイル地点）、アメリカ軍攻撃隊はこの『小型空母』に向かった。一方、祥鳳以下MO攻略部隊主隊も朝から哨戒機や偵察機を発進させていたが、古鷹・衣笠偵察機(青葉経由)からアメリカ軍機動部隊発見の報告を受け、祥鳳は攻撃隊発進準備に着手する。当時のアメリカ軍機動部隊は、MO攻略部隊主隊の東南東160海里（片道1時間20分ほど）に位置していた。だが直衛機の収容に手間取り、攻撃隊を発進させる前にアメリカ軍攻撃隊が来襲した。午前8時30分、祥鳳も艦戦3・艦攻1を収容、艦戦3を発進させた。同時刻には青葉・加古からも水上機が発進した。また5隻（重巡4隻〈青葉、加古、衣笠、古鷹〉、駆逐艦1隻〈漣〉）は祥鳳を中心とした輪形陣を形成し、対空戦闘に備えた。午前9時前後、アメリカ軍機がMO攻略部隊主隊に対する攻撃を開始した。最初の急降下爆撃（レキシントン攻撃隊と推定）は回避に成功。続いて空襲下で零戦3機を発進させるも日本時間9時20分（現地時間11時20分）頃から次々に爆弾と魚雷が命中した。零戦3機、九六艦戦3(乃至2)の護衛では、90機を越えるアメリカ軍機の爆撃機と雷撃機の同時攻撃を防ぐのは不可能だった。TBD艦上攻撃機デヴァステイターより魚雷が投下され7本が命中、SBD急降下爆撃機ドーントレスより投下された爆弾13発が命中。他に艦攻1機が魚雷を抱いたまま祥鳳左舷に自爆(特攻)したとされる。上空で戦闘を目撃したアメリカ軍の戦闘機パイロットが悲惨な光景に動揺するほどの徹底的な攻撃が、小型空母の祥鳳に叩き込まれた。レキシントン攻撃隊は爆弾7発命中と魚雷9発命中、ヨークタウン攻撃隊は爆弾14発と魚雷10本命中を報告しており、これは双方の航空隊が同時に攻撃を仕掛けたため戦果が重複したものとされる。また軽巡洋艦1隻破壊も報告したが、該当艦は存在しない。祥鳳では短時間のうちに過剰ともいえる爆弾と魚雷が命中して大火災となった為、乗組員は手の施し様がなくなった。9時31分（現地時間11時31分）に総員退艦が発令される。だが、相当数の乗組員が配置についたまま沈んだ。退去命令より間もない9時35分（現地時間11時35分）に祥鳳は艦首から沈没し始め、アメリカ軍が沈めた史上初の空母（日本が喪失した最初の空母）となった。アメリカ軍攻撃隊はSBDドーントレス3機喪失。祥鳳直衛隊機は3機が行方不明となり、零戦2・九六艦戦1がデボイネ諸島へ向かい、同地で不時着した。奥宮正武によれば1機は友軍地上部隊に誤射され撃墜された可能性があるという。祥鳳戦闘機隊の納富健次郎大尉は、翌年11月のブーゲンビル島沖航空戦で戦死した。MO攻略部隊主隊はアメリカ軍機の再空襲を避けるため、祥鳳生存者の救助を中止して北上した。各艦は丸太、木片、救助用具、空樽などを投下すると、夕刻救助に戻る旨を祥鳳漂流者に手旗信号で伝え沈没現場を離れた。12時15分、五藤司令官は漣を祥鳳の沈没現場に向かわせた。3時間後に到着して救助を開始。祥鳳全乗組員836名のうち、准士官以上3名・下士官兵約600名の計631名が戦死、生存者205名（負傷者72名）と記録されている。傭人3名（散髪、料理、洗濯）も戦死。乗員839名中生存者は203名とも。伊沢石之介大佐（祥鳳艦長）は生還した。また沈没時に乗艦してた報道班員（従軍記者）も救助されたが、漂流中にフィルムの乳剤が解けたため、戦闘中の祥鳳及び乗組員写真は現存しない。18時55分、第六水雷戦隊旗艦（司令官梶岡定道少将）の軽巡夕張は溺者の声を聞いて第30駆逐隊（睦月、弥生、望月）と共に救助活動を行った。駆逐艦弥生は祥鳳乗員2名を救助。つづいて母艦を見失った漣内火艇を発見し、同艦に帰艦させた。その後、祥鳳生存者は給油艦石廊に移動後、トラック泊地で内地送還を待った。その際に伊沢大佐（祥鳳艦長）が加古の高橋艦長を訪問している。5月17日、妙高型重巡洋艦2隻（妙高、羽黒）は第27駆逐隊（時雨、白露、有明）に護衛されてトラック泊地を出発する。祥鳳艦長以下生存者約200名は妙高と羽黒に分乗して呉に向かった（5月22日、到着）。5月7日のMO機動部隊（翔鶴、瑞鶴）の攻撃は、索敵機が給油艦ネオショーを空母と誤認報告してこれに集中攻撃を行い、肝腎のアメリカ軍機動部隊には手を出さなかった。第六戦隊偵察機からの報告でヨークタウン、レキシントンに薄暮攻撃を敢行するも、アメリカ軍戦闘機に迎撃されて戦果なく大損害を受けた。結果的に見て、祥鳳喪失（アメリカ軍攻撃隊の祥鳳への集中攻撃）は第六戦隊や攻略部隊輸送船団を間接的に守ったことになり、これはアメリカ側も「この種の海戦ははじめてなので仕方が無いが、空母を過剰に叩きすぎて巡洋艦や輸送船団を見逃してしまった」と認めている。一方で、機動部隊同士の戦闘においてはMO機動部隊（翔鶴、瑞鶴）がチャンスを生かせなかったことで無駄になったといえる。深夜になり第六戦隊は二分割され、第1小隊（青葉、加古）は第六水雷戦隊等と共に輸送船団護衛を続行、第2小隊（衣笠、古鷹）はMO機動部隊（第五戦隊〈妙高、羽黒〉、第五航空戦隊〈瑞鶴、翔鶴〉、第7駆逐隊〈潮、曙〉、第27駆逐隊〈時雨、白露、夕暮〉）と合流して5月8日の戦闘に臨んだ。また、祥鳳沈没により南洋部隊指揮官（井上成美第四艦隊司令長官）はポートモレスビー攻略船団に対し退避を命令した。海からポートモレスビーを攻略する日本軍の企図は頓挫し、オーストラリアは日本軍の脅威から解放された。