Những chiếc trong lớp Mutsuki đã hình thành nên các hải đội khu trục 5 và 6. Những chiếc Mutsuki và Kisaragi đã tham gia Trận đảo Wake vào lúc mở màn chiến tranh Thái Bình Dương, trong đó Kisaragi bị mất trong một cuộc không kích trên đường rút lui. Mười một chiếc còn lại tham gia cuộc chiếm đóng Philippines và Đông Ấn thuộc Hà Lan. Trong Chiến dịch quần đảo Solomon những chiếc tàu khu trục phải trải qua những hoàn cảnh nguy hiểm như những tàu vận tải nhanh trong các nhiệm vụ "Tốc hành Tokyo" nhằm tăng viện cho các đơn vị đồn trú trên các đảo trong khu vực. Mutsuki, Nagatsuki, Kikuzuki, Mikazuki và Mochizuki bị mất do không kích trong nhiều trận đánh khác nhau tại quần đảo Solomon.[8]

Những chiếc còn sống sót đã tham gia Chiến dịch New Guinea, hầu hết trong vai trò vận chuyển "Tốc hành Tokyo". Yayoi bị mất trong một cuộc không kích ngoài khơi New Guinea và Fumizuki trong Chiến dịch Hailstone tại Truk. Vào giai đoạn cuối cùng của cuộc chiến tranh, Uzuki bị mất trong cuộc tấn công bởi PT-boat Mỹ, Satsuki và Yūzuki bị mất bởi bởi không kích, và Minazuki cùng chung số phận bởi ngư lôi của tàu ngầm tại Philippines.

Không có tàu khu trục nào thuộc lớp Mutsuki còn sống sót qua cuộc chiến tranh.[9]