Войдя в строй в 1941 году "Yamato" сразу же стал флагманом Объединенного императорского флота. В то время как легкие японские корабли и линейные крейсера типа "Kongo" участвовали в большинстве операций, главные силы японского флота оставались на якорной стоянке в Хасиро во внутреннем море, получив у японских моряков презрительное название "хасирского флота".

Первая операция, в которой участвовал "Yamato", оказалась крайне несчастливой для японцев - это было сражение у атолла Мидуэй 4-6 июля 1942 года. Являясь флагманским кораблем командующего японским Объединенным флотом и руководителя операции адмирала Ямамото, он вместе с остальными линкорами находился в глубоком тылу эшелонированного построения японцев. В результате, в бою нашли применение только его мощные средства связи, но сообщения, которые он получал были крайне грустными. Не имея никакой возможности помочь своим гибнущим авианосцам, Ямамото приказал повернуть на обратный курс. Многие молодые офицеры, в особенности из авианосной авиации, впоследствии подвергли критике действия своего адмирала. Они полагали, что место мощных линкоров с сильным зенитным вооружением - непосредственно в ордере с авианосцами, правда, отводимая им роль в этом случае не была бы особо почетной: "Главные силы флота" должны были одновременно служить средством отвлечения самолетов противника от уязвимых авианосцев и прикрывать их огнем своих многочисленных зенитных средств. Для столь "революционного" использования своих линкоров японское командование было еще не готово, хотя впоследствии именно такая тактика была применена в бою у Марианских островов.

С августа 1942 года по май 1943-го "Yamato" базировался на островах Трук, оставаясь флагманом Ямамото. В мае 1943 года он отправился на базу в Куре для текущего ремонта и переоборудования, продолжавшихся до июля того же года. На нем было усилено зенитное вооружение, и к тому же он получил первый образец своей РЛС. С июля по декабрь 1943 года "Yamato" вновь базировался на остров Трук. В сентябре на нем был установлен радар типа "21.Mod.3". 24 декабря невдалеке от островов он получил в борт торпеду с американской лодки " Skate" и после непродолжительного ремонта на Палау ушел для основательного ремонта в Куре. Поскольку одновременно на линкоре произвели некоторые работы, связанные с модернизацией вооружения (вновь усилена зенитная артиллерия, установлены новые РЛС типов "22" и "13"), ремонт затянулся до апреля 1944 года. Вступив в строй линкор в мае пришел в Сингапур, где в это время были сконцентрированы основные силы японского флота.

В июне того же года оба сверхлинкора приняли участие в сражении у Марианских островов (американцы называют его битвой в Филиппинском море). Линкоры "Yamato", "Musashi", "Kongo" и "Haruna" с семью тяжелыми крейсерами образовали наиболее мощную на вид группу японских кораблей, хотя в ее состав входили только три легких авианосца "Chitose", "Chiyoda" и "Dzyiho". Это указывало на ее негласную роль "отвлечения и приманки". Американские летчики не клюнули на эту возможность атаки сильнейших линкоров - у них в этом сражении были другие задачи. После неудачно закончившегося сражения, в котором мощь японской авиации была окончательно подорвана, оба линкора вернулись в Японию.

Служба "Musashi" во многом по времени и месту совпадала с карьерой своего собрата. В сентябре 1942 года на нем был установлен радар типа "21". В мае 1943 года он вернулся в Японию для участия в Алеутской операции, а ноябре вновь вернулся на острова Трук. 10 февраля 1944 года линкор вновь отправился в Японию и 29 марта на переходе сев-зап. Паллау он был торпедирован американской лодкой "Tanny". Полученные довольно серьезные повреждения потребовали его ремонта в Куре.

В июле оба линкора встретились в Сингапуре. Японский флот концентрировался в этой бывшей британской базе, готовясь отразить уже неминуемое вторжение американцев во "внутренний пояс обороны Японии" - на Филиппинские остро-ва. После получения известий о высадке сил США в заливе Лейте, 22 октября оба линкора вышли в поход из Брунея в составе 1-го ударного соединения вице-адмирала Куриты. Этот поход стал для "Musashi" последним.