1944年11月美軍已經開始使用B-29重型轟炸機轟炸日本本土，橫須賀海軍工廠所在的東京灣附近是美軍重點的轟炸目標。在“信濃”號下水的8天後，命令該艦立即開往吳港的造船廠完成躲避美軍的轟炸，同時完成細部舾裝等收尾和艦員訓練的工作。
1944年11月27日，“信濃”號載官兵和造船廠工人總計2500多人奉命出發，開始了它的處女航，離開東京灣駛往吳港。由濱風，雪風，磯風三艘驅逐艦護航。“信濃”號采取了嚴格的保密措施，在航行中還進行了燈火管制。
19時15分，“信濃號”的檢測官向艦長阿部俊雄海軍大佐（他曾經是日漸“大澱”號的艦長）報告，發現了美軍艦船的雷達信號，判斷應該是壹艘潛艇。艦長阿部認為既然是美軍在潛艇在東京灣附近危險區域航行，按照壹般的基本戰鬥常識是絕對不會隨意使用雷達的。
阿部判斷，很可能美軍已經通過情報部門得知了他們的計劃，集中了壹定數量的潛艇準備攻擊他，而這個雷達波多半是美軍潛艇故意采用的詭計。目的是想引開為“信濃號”護航的驅逐艦，然後由另外的潛艇進行攻擊。
阿部命令不準開火，不要理睬它，繼續高速前進。同時為了避免被美軍潛艇定位，阿部下令關閉四艦的雷達，艦隊間聯絡改用燈光信號。並嚴令護航的驅逐艦要緊靠“信濃號”航行，即使發現潛艇三艦絕對不能私自行動。
1944年11月26日當晚有B29的轟炸任務，美國潛艇“射水魚”號受命準備救助可能被擊落的美軍飛行員，後來因計劃取消，才在海上遊弋待命。巧的是，當時“射水魚”的雷達出了故障。潛艇被迫浮出海面準備修理，雷達在修好後多次開機測試都正常（其中壹次被“信濃號”發現）。
突然，艇長約瑟夫·F·恩賴特中校從潛望鏡中看到了壹個小島。起初他還以為這是日本海域的壹個剛剛出現的火山島，不久他才發現這是壹艘軍艦！在不遠處以20節的速度Z字航行。這其實就是“信濃”號航空母艦，進行她的處女航。
“射水魚”號艦長恩賴特最初判斷是日軍的壹艘油輪，恩賴特下令潛艇全速追擊該艦。此時“信濃”號仍然保持Z字行前進，很快就被射水魚號趕上。
22時45分，“信濃號”的了望手發現右弦發現壹艘美軍潛艇，此時，為“信濃”號護航的‘磯風’號驅逐艦也發現了射水魚號，隨即離開編隊，以35節的高速向潛艇方向急速駛去，並且讓射水魚進入了它的火炮射程，這是潛艇和日軍艦只的第壹次遭遇。
恩賴特此時才發現這並不是壹艘油輪，而是壹艘大型航空母艦，並且它還有數量不明的驅逐艦護航，它立即下令潛艇下潛。潛艇進入了日艦的火炮射程。但奇怪的是，日本人並沒有開炮。這令美軍艇長頗感莫名其妙。
此時的阿部艦長仍然判斷美軍可能在誘敵，它認為不應該和美軍潛艇多做糾纏，是要引他上當。它隨即命令‘磯風’號立即停止攻擊返回編隊（其實此時該驅逐艦和日軍下潛的潛艇只有五海裏的距離了）。日軍艦艇轉向，以全速直線航行，甩開美軍潛艇。
日軍艦艇以25節以上的高速開走，射水魚號最大航速只有18節，無法追上。恩賴特非常沮喪。恩賴特立即向珍珠港報告了發現日軍大型航母的坐標和航向。希望該海域有其他的位置更好的美軍潛艇，同時命令射水魚號繼續追蹤日軍航母編隊，期望日艦有可能自己減慢航速。
“信濃”號全速航行幾個小時後就出現的問題，它的壹根主軸發生了故障導致信濃的航速降低到了15節。
射水魚號全速航行，終於在1944年11月28日淩晨，再次發現了“信濃號”，並且發現有三艘驅逐艦護航。恩賴特隨即向向珍珠港又了壹封電報，希望能夠得到其他的潛艇支援。但是，周圍壹百海裏內，並沒有其他的美軍潛艇。
2時42分，這份電報被“信濃”號偵測到，阿部沒有想到這是之前發現的那艘美軍潛艇，同時還偵測到了近距離的美軍潛艇的雷達波。阿部認為已經艦隊中了美軍潛艇群的埋伏。他立即作出決定，艦隊轉向，這個方面正好是面對者射水魚的方向。“信濃”號竟然自己送到了“射水魚”號的槍口下。
隨即射水魚號潛艇下潛，同時準備魚雷，伏擊“信濃號”。射水魚向該艦發射了六枚魚雷，其中的四枚準確的擊中了“信濃”號，此時是3時過4分，信濃號艙室被撕開了10來米寬的口子。海水洶湧地灌了進來。
射水魚號緊急下潛到400英尺的潛水極限躲避攻擊。隨即高速脫離了戰場。
艦長阿部俊雄認為4條魚雷對於信濃這樣龐大的航母來說不算什麽，加上擔心繼續遭到潛艇攻擊，於是航速未減，給損管造成很大不便。
5時，“信濃”號艦體嚴重傾斜。傾斜到了18度。
8時，動力艙進水，鍋爐全部癱瘓。
9時，航母失去了全部動力，
10時18分，阿部俊雄大佐下令棄艦，同時三艘驅逐艦開始轉移“信濃號”艦員。三十分鐘後，信濃沈沒，“信濃號”的2515船員只有1080被救，有1435人遇難（包括阿部俊雄大佐）。
就這樣，這艘當時世界上最大的航母處女航僅僅進行了17個小時便被擊沈了。