Chiếc máy bay bắt đầu được bố trí từ năm 1942 dưới tên gọi Suisen 2 ("Thủy phi cơ Tiêm kích Loại 2"), và chỉ được sử dụng trong các chiến dịch phòng thủ các quần đảo Aleut và Solomon. Những chiếc thủy phi cơ tỏ ra rất hiệu quả trong các cuộc đột kích ban đêm vào những chiếc tàu phóng ngư lôi PT của Mỹ, và chúng rất khó bị phát hiện ngay cả với những dàn radar thô sơ ban đầu. Những cuộc chạm trán đã làm thiệt mạng các sĩ quan và thủy thủ đoàn những chiếc PT như trường hợp chiếc PT 105. Chúng cũng thả pháo sáng chiếu rõ những chiếc PT, vốn mong manh trước hỏa lực của những chiếc khu trục hạm và thường ẩn nấp dựa vào bóng đêm. Vì những chiếc PT thường để lại những lượn sóng phát lân tinh rất dễ phát hiện từ trên không, chúng thường để động cơ chạy ở vòng quay chậm nhằm giảm thiểu những lượn sóng này. Chính vì lý do chủ yếu này mà chiếc PT 109 của John F. Kennedy đã bị bắt gặp trên đường tuần tra duyên hải và bị đụng chìm trong vụ va chạm lịch sử với tàu khu trục Amagiri của Nhật, vì đã không thể kịp xoay trở ra khỏi hướng đi của chiếc tàu Nhật.

Những chiếc máy bay này phục vụ như là máy bay tiêm kích đánh chặn nhằm bảo vệ các kho nhiên liệu tại Balikpapan và các căn cứ Avon (Đông Ấn thuộc Hà Lan), và tăng cường cho căn cứ Shumushu phía bắc quần đảo Kuril cùng thời gian đó. Những chiếc máy bay tiêm kích này phục vụ trên tàu chở thủy phi cơ Kamikawa Maru hoạt động tại các vùng biển Solomons và Kuriles, cũng như trên những tàu Hokoku Maru và Aikoku Maru trong các trận không kích tại Ấn Độ Dương. Trong các trận chiến tại quần đảo Solomon, các phi công Ách Hải Quân là các thượng sĩ Kawai và Maruyama đã bắn rơi bốn chiếc máy bay tiêm kích Grumman F4F Wildcat của Mỹ. Trong chiến dịch tại quần đảo Aleut, kiểu máy bay này đã đương đầu cùng những chiếc máy bay tiêm kích P-38 Lightning và máy bay ném bom B-17 Flying Fortress. Kiểu máy bay này được sử dụng như là máy bay tiêm kích đánh chặn, máy bay tiêm kích ném bom và máy bay trinh sát tầm ngắn hỗ trợ đổ bộ cũng như các vai trò khác.

Vào giai đoạn cuối của cuộc chiến, Không đoàn Otsu sử dụng những chiếc A6M2-N như là những chiếc máy bay tiêm kích đánh chặn cùng với kiểu máy bay Kawanishi N1K1 Kyofu ("Rex") đặt căn cứ tại hồ Biwa trong khu vực đảo Honshu.