Unyō được sử dụng chủ yếu vào công việc huấn luyện bay và vận chuyển máy bay. Nó thường di chuyển cùng các con tàu chị em với nó Taiyō và Chūyō. Vào ngày 10 tháng 7 năm 1943, ngoài khơi Truk, nó trúng phải một quả ngư lôi phóng từ tàu ngầm Mỹ Halibut. Vào ngày 19 tháng 1 năm 1944, trên đường đi đến Yokosuka, nó lại bị đánh trúng và hư hỏng nặng bởi ba quả ngư lôi phóng từ tàu ngầm Haddock. Trong khi đang trú ẩn tại Garapan, Saipan vào ngày 23 tháng 1, một cuộc tấn công tiếp theo của Halibut bị đẩy lui. Sau khi được sửa chữa, chiếc tàu sân bay quay trở lại hoạt động vào tháng 6 năm 1944.

Vào ngày 17 tháng 9 năm 1944, Unyō bị đánh trúng hai quả ngư lôi phóng ra từ tàu ngầm Barb. Những nỗ lực của thủy thủ đoàn nhằm giữ chiếc Unyō bị thất bại. Trong tổng số khoảng 1.000 người có mặt trên tàu bao gồm thủy thủ đoàn và hành khách, 761 đã được cứu sống.