Vào lúc xảy ra cuộc tấn công Trân Châu Cảng, Fumizuki nằm trong thành phần Hải đội Khu trục 22 thuộc Phân hạm đội Khu trục 5 của Hạm đội 3 Hải quân Đế quốc Nhật Bản, và được bố trí từ Quân khu Bảo vệ Mako tại quần đảo Pescadores trong thành phần của lực lượng Nhật Bản tham gia trận Philippines, trong đó nó giúp hỗ trợ cho cuộc đổ bộ của lực lượng Nhật Bản lên vịnh Lingayen và tại Aparri.[6]

Vào đầu năm 1942, Fumizuki được phân công hộ tống các đoàn tàu vận tải đi đến Singora, Malaya và Đông Dương cũng như đến Java vào tháng 2. Từ ngày 10 tháng 3 năm 1942, Fumizuki cùng Phân hạm đội Khu trục 5 được bố trí về Hạm đội Khu vực Đông Nam hộ tống các đoàn tàu vận tải từ Singapore đến to Penang và Rangoon. Nó quay trở về Xưởng hải quân Sasebo để sửa chữa vào ngày 17 tháng 6, rồi quay trở lại Mako vào đầu tháng 9.[7]

Vào ngày 16 tháng 9, Fumizuki bị hư hại nặng do va chạm với tàu vận tải Kachidoki Maru trong eo biển Đài Loan, và bị buộc phải quay về Sasebo để sửa chữa cho đến đầu năm 1943. Vào cuối tháng 1 năm 1943, Fumizuki hộ tống chiếc tàu chở thủy phi cơ Kamikawa Maru từ Sasebo đi ngang qua Truk và Rabaul để đến Shortland, và ở lại đó trong suốt tháng 2 để bảo vệ cho cuộc triệt thoái lực lượng Nhật Bản trú đóng trên đảo Guadalcanal. Fumizuki được phân về Hạm đội 8 Hải quân Đế quốc Nhật Bản đặt căn cứ tại Rabaul vào ngày 25 tháng 2 năm 1943, và được phân công nhiều chuyến đi "Tốc hành Tokyo" vận chuyển binh lính trong suốt khu vực quần đảo Solomon cho đến cuối tháng 4. Nó chịu đựng những hư hại nhẹ do các cuộc tấn công bắn phá tại Finschhafen vào tháng 3 và tại Kavieng vào tháng 4.

Fumizuki quay trở về xưởng hải quân Yokosuka để sửa chữa vào ngày 4 tháng 5. Nó rời Yokosuka ngày 20 tháng 8 hộ tống đoàn tàu vận tải đi ngang qua Sasebo đến Saipan, Truk và Rabaul. Từ tháng 9 năm 1943 đến tháng 1 năm 1944, nó thực hiện nhiều chuyến đi "Tốc hành Tokyo" để triệt thoái lực lượng khỏi Kolombangara và Vella Lavella, và để đổ bộ lực lượng lên đảo Buka, đảo Bougainville cùng nhiều khu vực khác tại New Guinea. Vào ngày 2 tháng 11, Fumizuki bị bắn phá bởi một cuộc không kích của máy bay Hải quân Mỹ tại Rabaul, khiến sáu người chết và bốn người bị thương. Nó lại bị hư hại trong một cuộc không kích khác gần Kavieng trong đêm 4 tháng 1 năm 1944.[7]

Trong khi ở lại Truk vào ngày 17 tháng 2 năm 1944, Fumizuki bị đánh trúng ngư lôi trong Chiến dịch Hailstorm, khi máy bay Hải quân Mỹ xuất phát từ tàu sân bay tấn công các tàu bè Nhật Bản thả neo tại đây.[8] Quả ngư lôi đánh trúng đã gây ngập nước không thể kiểm soát được, và Fumizuki chìm vào ngày 18 tháng 2 với 29 thành viên thủy thủ đoàn thiệt mạng, ở tọa độ 07°24′B 151°44′Đ / 7,4°B 151,733°Đ / 7.400; 151.733Tọa độ: 07°24′B 151°44′Đ / 7,4°B 151,733°Đ / 7.400; 151.733.[7]

Fumizuki được rút khỏi danh sách Đăng bạ Hải quân vào ngày 31 tháng 3 năm 1944.[5]