Bốn tàu chiến trong lớp Agano được cấp ngân quỹ trong Chương trình Bổ sung Hải quân 1939, ba chiếc được chế tạo tại Xưởng hải quân Sasebo và một chiếc tại Xưởng hải quân Yokosuka.

Agano (阿賀野) hoàn tất vào ngày 31 tháng 10 năm 1942, và đã tham gia các trận Guadalcanal và quần đảo Solomon trong năm 1943. Agano bị hư hại nặng tại cảng Rabaul bởi máy bay từ tàu sân bay Saratoga và Princeton, rồi sau đó trong một cuộc tấn công bởi máy bay của Lực lượng Đặc nhiệm 38 vào ngày 11 tháng 11, nó trúng phải một ngư lôi. Được lệnh quay về Nhật Bản để sửa chữa, nó bị tàu ngầm Skate phóng ngư lôi đánh chìm trên đường đi ở phía Bắc Truk vào ngày 16 tháng 2 năm 1943.

Noshiro (能代) được đưa ra hoạt động vào ngày 30 tháng 6 năm 1943, và đã tham gia các hoạt động tại quần đảo Solomon, và bị hư hại do cuộc không kích của máy bay từ tàu sân bay Mỹ xuống Rabaul vào ngày 5 tháng 11 năm 1943. Nó hoạt động tại quần đảo Mariana trong mùa Hè năm 1944, trong thành phần lực lượng của Đô đốc Kurita trong Trận chiến biển Philippine. Trong Trận chiến vịnh Leyte vào tháng 10 năm 1944, Noshiro ở về phía Tây Panay trong khi rút lui khỏi trận chiến ngoài khơi Samar sáng ngày 26 tháng 10 khi nó bị máy bay từ các tàu sân bay Wasp và Cowpens đánh chìm.

Yahagi (矢矧) được đưa ra hoạt động vào ngày 29 tháng 12 năm 1943, đã hoạt động tại quần đảo Mariana trong mùa Hè năm 1944, trong Trận chiến biển Philippine và trong Trận chiến vịnh Leyte. Sau khi Mỹ tấn công Okinawa vào ngày 1 tháng 4 năm 1945, Yahagi được lệnh tháp tùng Yamato trong chuyến đi tự sát chống lại hạm đội Mỹ ngoài khơi Okinawa. Yahagi bị trúng khoảng 7 ngư lôi và 12 bom, và bị chìm trưa ngày 7 tháng 4 năm 1945.

Sakawa (酒匂) chỉ được hoàn tất vào cuối năm 1944, khi nhiên liệu bắt đầu thiếu hụt. Nó hầu như không tham gia hoạt động tác chiến nào, và đã sống sót qua cuộc chiến. Sau chiến tranh Sakawa được dùng vào việc thử nghiệm bom nguyên tử tại đảo san hô Bikini vào năm 1946.