1944年底美军已经开始使用B-29重型轰炸机轰炸日本本土，横须贺海军工厂所在的东京湾附近是美军重点的轰炸目标。在“信浓”号下水的8天后，命令该舰立即开往吴港的造船厂完成躲避美军的轰炸，同时完成细部舾装等收尾和舰员训练的工作。1944年11月27日，“信浓”号载官兵和造船厂工人总计2500多人奉命出发，开始了它的处女航，离开东京湾驶往吴港。由滨风，雪风，矶风三艘驱逐舰护航。“
19时15分，“信浓号”发现了美军舰船的雷达信号，判断应该是一艘潜艇。舰长阿部认为既然是美军的潜艇在东京湾附近危险区域航行，按照一般的基本战斗常识是绝对不会随意使用雷达的。阿部判断，很可能美军已经通过情报部门得知了他们的计划，集中了一定数量的潜艇准备攻击他，而这个雷达波多半是美军潜艇故意采用的诡计。目的是想引开为“信浓号”护航的驱逐舰，然后由另外的潜艇进行攻击。
阿部命令不准开火，不要理睬它，继续高速前进。同时为了避免被美军潜艇定位，阿部下令关闭四舰的雷达，舰队间联络改用灯光信号。并严令护航的驱逐舰要紧靠“信浓号”航行，即使发现潜艇三舰绝对不能私自行动。1944年11月26日晚有B29的轰炸任务，美国潜艇“射水鱼”号受命准备救助可能被击落的美军飞行员，后来因计划取消，才在海上游弋待命。
无意中，艇长约瑟夫·F·恩赖特中校从潜望镜中看到了一个小岛。起初他还以为这是日本海域的一个刚刚出现的火山岛，不久他才发现这是一艘军舰！在不远处以20节的速度Z字航行。这其实就是“信浓”号航空母舰。“射水鱼”号舰长恩赖特最初判断是日军的一艘油轮，恩赖特下令潜艇全速追击该舰。此时“信浓”号仍然保持Z字行前进，很快就被射水鱼号赶上。
22时45分，“信浓号”的了望手发现一艘美军潜艇，为“信浓”号护航的‘矶风’号驱逐舰也发现了射水鱼号，随即离开编队，以35节的高速向潜艇方向急速驶去，并且让射水鱼进入了它的火炮射程，这是潜艇和日军舰只的第一次遭遇。恩赖特此时才发现这并不是一艘油轮，而是一艘大型航空母舰，并且它还有数量不明的驱逐舰护航，它立即下令潜艇下潜。潜艇进入了日舰的火炮射程。但奇怪的是日舰并没有开炮。这令美军颇感莫名其妙。
此时的阿部舰长仍然判断美军可能在诱敌，它认为不应该和美军潜艇多做纠缠，是要引他上当。它随即命令‘矶风’号立即停止攻击返回编队。 日军舰艇转向，以全速直线航行，甩开美军潜艇。日军舰艇以25节以上的高速开走，射水鱼号最大航速只有18节，无法追上。恩赖特向珍珠港报告了发现日军大型航母的坐标和航向，希望该海域有其他的位置更好的美军潜艇，同时命令射水鱼号继续追踪日军航母编队，期望日舰有可能自己减慢航速。
“信浓”号全速航行几小时后就出现问题，它的一根主轴发生了故障导致信浓的航速降低到了15节。射水鱼号全速航行，终于在1944年11月28日凌晨再次发现了“信浓号”。恩赖特随即向珍珠港又一封电报，希望能够得到其他的潜艇支援。2时42分，这份电报被“信浓”号侦测到，阿部没有想到这是之前发现的那艘美军潜艇，同时还侦测到了近距离的美军潜艇的雷达波。阿部认为舰队已经中了美军潜艇群的埋伏。
他立即作出决定，舰队转向，这个方面正好是面对者射水鱼的方向。“信浓”号竟然自己送到了“射水鱼”号的枪口下。随即射水鱼号潜艇下潜，同时准备鱼雷，伏击“信浓号”。射水鱼向该舰发射了六枚鱼雷，其中的四枚准确的击中了“信浓”号，此时是3时过4分，信浓号舱室被撕开了10来米宽的口子。海水汹涌地灌了进来。射水鱼号紧急下潜到400英尺的潜水极限躲避攻击。随即高速脱离了战场。
舰长阿部认为4条鱼雷对于信浓这样庞大的航母来说不算什么，加上担心继续遭到潜艇攻击，于是航速未减。5时，“信浓”号舰体严重倾斜。倾斜到了18度。8时，动力舱进水，锅炉全部瘫痪。9时，航母失去了全部动力，10时18分，阿部下令弃舰，同时3艘驱逐舰开始转移“信浓号”舰员。三十分钟后，信浓沉没。就这样，这艘当时世界上最大的航母处女航仅仅进行了17个小时便被美军潜艇发射的4枚鱼雷击沉了。
信浓号航空母舰拥有较强装甲和水下防御能力，被四枚鱼雷击中就很快沉没似乎不可理解。这其中和舰长的错误指挥以及官兵并没有熟练的操作该舰以及该舰也没有很好的做后期完善有关。不管怎么说，，信浓号仍然是日本海军历史上的重要战舰，它的诞生和覆灭都从某种程度上预言了日本在二战中的必然结局。
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