Hoạt động đầu tiên của Cossack trong chiến tranh là trong sự kiện Altmark tại Jøssingfjord, Na Uy vào ngày 16 tháng 2 năm 1940. Khi chiếc tàu cướp tàu buôn Đức Admiral Graf Spee đánh chìm các tàu buôn Anh, thủy thủ đoàn những chiếc này bị bắt làm tù binh và chuyển sang chiếc tàu tiếp liệu cho nó Altmark. Cossack đã cho đổ bộ sang Altmark khi chiếc này đang lẩn tránh tại vũng biển Jøssingfjord thuộc lãnh thổ trung lập của Na Uy, đưa đến việc giải cứu các tù binh và làm thiệt mạng bảy thủy thủ Đức. Con tàu Anh quay trở về Leith vào ngày 17 tháng 2 với 299 tù binh Anh được giải cứu.[2] Chính phủ Na Uy đã phản đối việc Cossack vi phạm sự trung lập của Na Uy và yêu cầu trao trả những tù binh, điều mà các tàu tuần tra của Hải quân Hoàng gia Na Uy trước đó cho là không hiện hữu. Phía Đức cũng phản đối việc sử dụng bạo lực đối với Altmark.[3]

Cossack đã tham gia trận hải chiến Narvik thứ hai vào tháng 4 năm 1940 tại Na Uy. Cuối năm đó, nó nằm trong thành phần một lực lượng săn đuổi tàu cướp tàu buôn Đức được cho là đã thoát ra Bắc Đại Tây Dương. Lực lượng bao gồm tàu chiến-tuần dương HMS Hood, tàu tuần dương hạng nhẹ HMS Edinburgh và các tàu khu trục HMS Electra, HMS Echo, HMS Escapade và Cossack. Tin tức tình báo trên tỏ ra sai lầm, và sau khi trải qua một tuần lễ ngoài biển bao gồm cả ngày Giáng Sinh, lực lượng quay trở về cảng vào đêm trước năm mới 1941.

Vào tháng 5 năm 1941, nó tham gia vào cuộc săn đuổi và tiêu diệt thiết giáp hạm Đức Bismarck. Đang hộ tống Đoàn tàu WS-8B đi sang Trung Đông, Cossack cùng bốn tàu khu trục khác được cho tách ra vào ngày 26 tháng 5 để đi đến khu vực Bismarck được báo cáo phát hiện. Chúng đối đầu với chiếc tàu chiến Đức suốt đêm cho đến sáng hôm sau, thực hiện nhiều đợt tấn công bằng ngư lôi, không ghi được phát nào trúng nhưng buộc đối thủ phải trực chiến suốt đêm, khiến cho công việc của các thiết giáp hạm Anh tấn công Bismarck sáng hôm sau dễ dàng hơn.

Vào ngày 23 tháng 10 năm 1941, Cossack đang hộ tống một đoàn tàu vận tải đi từ Gibraltar trở về Anh Quốc khi nó bị đánh trúng một quả ngư lôi duy nhất phóng từ tàu ngầm U-boat U-563 dưới quyền chỉ huy của Klaus Bargsten. Nó được kéo đi bởi một tàu kéo được gửi đến từ Gibraltar vào ngày 25 tháng 10, nhưng thời tiết trở nên bất lợi và dây cáp bị tuột vào ngày 26 tháng 10. Cossack bị đắm tại Đại Tây Dương về phía Tây Gibraltar, ở tọa độ 35°56′B 10°4′T / 35,933°B 10,067°T / 35.933; -10.067Tọa độ: 35°56′B 10°4′T / 35,933°B 10,067°T / 35.933; -10.067, vào ngày 27 tháng 10 năm 1941, với tổn thất nhân mạng 159 thành viên thủ thủ đoàn.