日竣工后大凤号被编入第三舰队第一航空战队，4月驶抵新加坡准备战备训练。马里亚纳海战前的大凤号航空母舰
1944年6月编入第三舰队第一机动舰队，担任旗舰，参加了马里亚纳海战。日本舰队利用日占岛屿的有利事态，出动舰载机对美国舰队实施穿梭轰炸，由于日本飞行员在太平洋战争前期损失过半，现役的大部分飞行员缺乏训练，舰载机性能不佳，日本舰载机大部分被击落。大凤号1944年线图
6月19日8时，大凤号航空母舰在飞机起飞作业时候，被已经在海上巡航近半月却一无所获、急于寻找猎物的美军潜艇“大青花鱼”（USS Albacore SS-218）号发现。“大青花鱼”号隐蔽地向其接近，准备发射鱼雷时，潜艇上的鱼雷射击指挥仪却突然出现故障。但“大青花鱼”号没有因此放弃战机，而是根据目视瞄准向“大凤” 号发射了6条鱼雷。其中只有2条射向了“大凤”一枚命中大凤号。
此时“大凤”号上的小松关雄兵曹长刚刚驾驶飞机升空，立即看到鱼雷航迹正向“大凤”号扑来，为保护母舰免受攻击，他立即采取自杀撞击行动，按下机头，撞毁了一条鱼雷。但还是有一条鱼雷逼近，“大凤”号已来不及规避，被这条鱼雷击中。但“大凤”号毕竟是防护力超群的现代化航母，一条鱼雷当时没有对其造成什么大的损害，小泽中将也命令舰载机继续起飞，同时命令护航母艇加强反潜警戒。大凤沉没之地
始料未及的是鱼雷爆炸损坏了一部升降机，同时破坏了输油管道，导致燃料在舰体内不断挥发，更造成空气流通系统无法运作，使油气难以外泄，在舰体内部弥漫。下午2时32分，因为油气浓度过高，引起前部发生爆炸，5分钟后，引爆前弹药库，舰体开始倾斜。下午4时30分，这艘服役才3个月的新型航空母舰就葬身海底。随舰官兵阵亡660 人。沉没地点为东经138度12分，北纬12度5分。由于其仓促战殁，其未曾返回过预定设籍的舞鹤母港。1944年8月26日大凤号被除籍。[3]