Vào tháng 6 năm 1942, cả bốn chiếc trong lớp đều tham gia vào trận Midway, nơi mà Mogami và Mikuma va chạm với nhau khi đang cố tránh một cuộc tấn công của tàu ngầm. Mikuma bị tiêu diệt vào ngày 6 tháng 6 năm 1942 khi bị máy bay từ các tàu sân bay Enterprise và Hornet tấn công; trong khi chiếc Mogami hư hỏng nặng đã lê lết được về vùng biển nhà và phải trải qua mười tháng trong ụ tàu, khi phần phía sau của nó được cấu trúc lại toàn bộ, các tháp pháo "X" và "Y" của nó được tháo dỡ thay thế bằng một sàn đáp với dự định mang theo 11 máy bay.

Vào tháng 10 năm 1944, những chiếc còn lại trong lớp hội ngộ với nhau trong trận chiến vịnh Leyte. Mogami bị hư hại nặng do va chạm với tàu tuần dương Nachi, hỏa lực pháo và không kích của đối phương, và cuối cùng bị đánh đắm bởi tàu khu trục Akebono; trong khi Kumano rút lui về cảng Manila chỉ với một nồi hơi trước khi bị các phi công của Đô đốc Halsey vô hiệu hóa vào ngày 25 tháng 11 năm 1944; họ cũng phá hỏng chiếc Suzuya cùng ngày hôm đó, và chiếc cuối cùng còn lại trong lớp bị tàu khu trục Okinami đánh đắm vào ngày 27 tháng 11.