1月14日からはルーズベルト大統領とチャーチル首相の間でカサブランカ会談が開かれ、南イタリアへの上陸作戦を行うとともに、枢軸国に対して無条件降伏を求める方針が決定されたが、1月末に日本軍とアメリカ軍の間で行われたレンネル島沖海戦でアメリカ軍は完敗するなど、枢軸国に無条件降伏を突きつけるには次期尚早であった。2月2日にスターリングラードの第6軍は降伏し、ソ連軍の反攻が始まった。その最中の4月13日、ドイツ軍がスモレンスク近郊で大量のポーランド軍将兵の死体を発見し、ソ連軍によって虐殺されたと発表した。ポーランド亡命政府は真相解明を要求したが、ソ連はドイツのプロパガンダであると主張し、亡命政府と断交した（カティンの森事件）。3月27日に行われたアッツ島沖海戦では日本とアメリカ軍の両方が大きな損害を受けたが、前年12月頃から続いていた第一次アキャブ作戦では、4月に日本軍がイギリス軍を破るなど、日本軍の勢いは続くかに見えた。その後も日本軍は7月に行われたコロンバンガラ島沖海戦などで勝利を収めるものの、それに先立ち6月に起きたニュージョージア島の戦いで大きな被害を受けるなど、西はアフリカ大陸沿岸から、東はアメリカ西海岸沿岸までと、当初予定していたより戦線を広げ過ぎたにもかかわらず、1国でイギリス、アメリカ、中華民国、オーストラリア、ニュージーランドなど複数の国と戦う日本の攻勢は弱まり、この頃は各地で両陣営の一進一退となる。7月10日に連合軍はハスキー作戦を発動し、シチリア島に上陸した。イタリア国王ヴィットーリオ・エマヌエーレ3世らは連合軍との講和に動き、7月24日にはベニート・ムッソリーニ首相を解任、逮捕した。イタリア王国政府は9月8日に休戦を発表したが、ドイツはムッソリーニを救出した上でイタリア社会共和国（サロ政権）を建設し、イタリア北部で抵抗を続けた。11月22日にはルーズベルト・チャーチル・蒋介石の三者会談によるカイロ宣言が発表され、日本の戦後処理などの方針が定められた。続いて11月28日からはルーズベルト・チャーチル・スターリンなどによるテヘラン会談が行われ、翌年春にフランスへの上陸作戦を行い「第二戦線」を築くこと、ポーランド国境の画定、ユーゴスラビアのパルチザン支援などが取り決められた。
1942年（昭和17年）6月21日、第二水雷戦隊（神通、雪風、天津風、時津風、初風）等が横須賀に到着、一方で横須賀在泊の各艦（時雨、白露、江風）等も、翌日からの第二戦隊（扶桑、山城、伊勢、日向）・第九戦隊（大井、北上）西日本回航護衛任務のため横須賀を出発する。同日夕刻、「山風」は川崎型油槽船2隻（神国丸、日本丸）を護衛し、大湊へ向け横須賀を出発する。6月23日午前11時30分、「山風」は大湊に入泊。午後1時、「山風」は大湊を単艦で出発、柱島（内海西部）に向かう。だが19時45分の連絡を最後に消息を絶った。6月25日、輸送船を護衛中の駆逐艦「羽風」（第34駆逐隊）は浮上中の潜水艦を発見、爆雷攻撃をおこなう。午前4時20分、「羽風」は1000ｍ離れた地点に「山風」と思しき駆逐艦を発見、協同攻撃を依頼した。同日、東京湾沖でアメリカの潜水艦ノーチラス (USS Nautilus, SS-168)は「山風」に対し魚雷4本を発射、2本が命中して「山風」は沈没した。浜中艦長以下乗組員全員が戦死（日本海軍の戦死認定は6月23日附）。アメリカ軍による沈没地点記録は北緯34度34分 東経140度26分。ノーチラスは沈没する本艦の写真を撮影しており、一番砲塔に日の丸が描かれている事が確認できる。横須賀鎮守府では、本艦遭難情況について以下のように記録している。(三)本邦沿岸附近艦艇ト雖モ行動豫定ヲ所要ノ向ニ豫報シ且ツ見張ヲ嚴重ニセザレバ不覚ヲ取ルコトアリ　　驅逐艦山風ハ六月二十三日午後大湊港外ニ一時假泊シタル後桂島ニ向ケ航行セシモ大湊警備府及本府ハ其ノ行動ヲ知ラズ七月二日ニ至リ初メテ行方不明ナルコトヲ感知セシモ時既ニ一週間以上ヲ經過シアリシ爲遂ニ遭難ノ端緒スラ捕捉スル能ハズ全ク消息不明ト云フ奇怪ナル結果ヲ來タセリ — 自昭和十七年七月一日　至昭和十七年七月三十一日　横須賀鎮守府戰時日誌日本海軍は7月上旬に「山風」が行方不明になったことを悟り、各方面に捜索を依頼する。関東地方の航空隊が対潜哨戒を兼ねて捜索を実施したが、上記のように手遅れだった。また襟裳岬沖合でも兵員用の机らしき木片が見つかったため、大湊防備隊より海防艦八丈等が調査のために出動している。7月14日、第24駆逐隊（海風、江風、涼風）は第二水雷戦隊（司令官田中頼三少将）に編入され、行方不明になった本艦も書類上は同水雷戦隊に所属する。7月30日附で第24駆逐隊司令は平井泰次大佐から村上暢之助大佐に交代。平井大佐は8月15日附で軽巡「夕張」艦長に任命された。8月20日、駆逐艦「山風」は帝国駆逐艦籍、第24駆逐隊白露型駆逐艦のそれぞれから除籍された。9月2日、第二次ソロモン海戦後の消極的な行動で連合艦隊や第八艦隊の不興を買っていた村上大佐も第24駆逐隊司令を更迭される。後任の24駆司令は、駆逐艦時津風艦長中原義一郎中佐（白露型4番艦夕立初代駆逐艦長）となった。