Khi hoàn tất, Shinonome được phân về Hải đội Khu trục 12 thuộc Hạm đội 2 Hải quân Đế quốc Nhật Bản. Trong cuộc Chiến tranh Trung-Nhật, Shinonome được phân công tuần tra dọc theo bờ biển miền Nam Trung Quốc, và đã tham gia vào việc Chiếm đóng Đông Dương thuộc Pháp vào năm 1940.

Vào lúc xảy ra cuộc tấn công Trân Châu Cảng, Shinonome được phân về Hải đội Khu trục 12 của Đội khu trục 3 thuộc Hạm đội 1 Hải quân Đế quốc Nhật Bản và được bố trí từ Quân khu Hải quân Kure đến cảng Samah trên đảo Hải Nam. Từ ngày 4 đến ngày 12 tháng 12 năm 1941, Shinonome hỗ trợ cho cuộc đổ bộ lực lượng Nhật Bản lên Kota Bharu tại Malaya.[6]

Từ ngày 16 tháng 12, Shinonome được phân công hỗ trợ cho các cuộc đổ bộ lực lượng Nhật Bản lên Borneo. Tài liệu chính thức về số phận của nó lại không rõ ràng. Mặc dù một số nguồn của Nhật Bản vào lúc đó cho rằng nó trúng phải thủy lôi, không có bất kỳ tài liệu nào của Anh hay Hà Lan ghi nhận việc rải thủy lôi trong khu vực. Hiện tại, người ta chấp nhận rộng rãi là Shinonome đã bị máy bay của Hà Lan đánh chìm; có thể là vào ngày 17 tháng 12 năm 1941, sau khi trúng hai quả bom ném từ thủy phi cơ Hà Lan X-32 thuộc liên đội Không lực Hải quân GVT-7, làm phát nổ hầm đạn của nó; hoặc cũng có thể vào ngày 18 tháng 12 năm 1941, sau một cuộc không kích của các máy bay ném bom Martin B-10 thuộc Không quân Hoàng gia Đông Ấn thuộc Hà Lan.[7] Cho dù là bởi nguyên nhân nào, Shinonome dường như đã nổ tung và chìm với toàn bộ thủy thủ đoàn ở một nơi nào đó chung quanh Miri, Sarawak, tọa độ 04°24′B 114°0′Đ / 4,4°B 114°Đ / 4.400; 114.000Tọa độ: 04°24′B 114°0′Đ / 4,4°B 114°Đ / 4.400; 114.000.[8]

Vào ngày 15 tháng 1 năm 1942, Shinonome được rút khỏi danh sách Đăng bạ Hải quân.[5]

Xác tàu đắm của Shinonome

Vị trí chính xác của Shinonome cho đến nay vẫn chưa được biết, nhưng nó nằm đâu đó giữa Seria, Brunei về phía Bắc cho đến bản thân thị trấn Miri. Một toán khảo sát xác tàu đắm đặt căn cứ tại Miri, và dưới sự trợ giúp của người Hà Lan, đã tiến hành tìm kiếm những gì còn lại của con tàu kể từ năm 2004. Nhóm đã xác định nhiều địa điểm tiềm năng, và đang trong quá trình xác định chúng. Vị trí, phương hướng và tình trạng của xác tàu đắm sẽ giúp giải thích những bí ẩn kéo dài về hoàn cảnh mà Shinonome bị mất.