作战使用开战初期，川内、神通、那珂分别为第三、二、四水雷战队旗舰。侵占东南亚时，虽然有大量的重巡洋舰伴随作战，但它们是以盟军的舰队为目标，登陆时的舰队护卫及对岸支援射击，则由轻巡洋舰率领的水雷战队负责。第二水雷战队负责进攻德班；第三水雷战队进攻马来亚的哥达八鲁，第四水雷战队被派往吕宋岛北部，因盟军失去了制空权及舰队实力不足，上述战队掩护的登陆均取得了胜利。在瓜岛战役中，川内号为素有“顽强者”外号的田中赖三中将的旗舰。多次指挥“东京特快”通过狭窄的海峡为瓜岛孤军运送增援部队和给养，在不利的环境下取得了一些战果，但其运送的物资却大多被美军击毁。不过从海战的情况来看，缺乏空中掩护是其失败的重要因素，田中本人的指挥仍是可圈可点的。1942年2月，神通号及第二水雷战队在泗水海战中重创盟军四国联合舰队；1942年8月，参加东所罗门群岛海战，为增援群旗舰，因日主力舰队掩护不力而遭到美军空袭，神通号被击伤入坞修理。修复后重返第二水雷战队担任旗舰，1943年7月在科隆班加拉岛海上夜战中，受到美舰炮火的集中攻击而沉没。1943年11月，第三水雷战队旗舰川内号在布干维尔岛海战中，也因受美军炮火集中攻击而沉没；1944年2月17日，那珂号被美舰载机击沉于特鲁克西南海域；
