由于航空兵力在防守北所罗门群岛的作战中受到严重损失，日军大本营于1943年11月初决定，使用航空母舰、水上飞机母舰和飞机运输舰等向东南前线运送飞机，以应急需。于是，“瑞凤”号、“云鹰号、“冲鹰”号3艘轻型航空母舰于11月16日从横须贺起航南下，载运飞机于21日驶抵特鲁克。11月30日，“冲鹰”号“云鹰”号2艘航空母舰和“摩耶”号重巡洋舰，在“曙”号、“胧”号、“涟”号、“浦风”号4艘驱逐舰的护卫下从特鲁克出港，向横须贺返航。翌日(31日)，“云鹰”号受到潜艇鱼雷的攻击，被巧妙规避过去。12月3日深夜，在南鸟岛附近海域巡弋的美潜艇“东方旗鱼”号，忽然从雷达的荧光屏上发现几个目标。这就是上述的几艘日舰。当时风大浪高，能见度不良，“东方旗鱼”号艰难地占据了攻击阵位，从1900米距离以艇首发射管齐射4条鱼雷。其中1条(一说2条)击中了“冲鹰”号航空母舰，该舰受创后仍能以低速航进。潜艇从这艘航空母舰后边穿过目标航向，准备用艇尾发射管实施二次攻击。接着，先后听到21颗深水炸弹爆炸，但都不在潜艇附近。“东方旗鱼”号摆脱敌人反击后，于4日晨又捕捉到这艘已被击伤的军舰，从2900米的距离以艇首发射管再发射3条鱼雷。其中1条命中目标，使其失去机动能力，在海上飘泊。此后不久，潜艇报务员截听到日舰发出的“又遭鱼雷攻击，已不能航行的电报。“东方旗鱼”号一面重新装填鱼雷，一面向该目标接近。9时40分许，这艘潜艇又从550米距离以艇尾发射管齐射3条鱼雷。“冲鹰”号再被鱼雷击中，不到10时就从海面上消失。“东方旗鱼”号下潜，听到深水炸弹在较远的地方爆炸，驱逐舰螺旋桨的声音时而听到，时而消失，摆脱敌人后撤离了战场。
日驱逐舰“浦风”号救起“冲鹰”号副舰长以下130余名舰员，“涟”号驱逐舰救起30余人，12月5日返回横须贺。“冲鹰”号舰长以下1250名舰员以及搭乘人员随之葬身于大海，因该舰第三次中雷后8分钟即沉没，多数人未来得及离舰。此前被日军击沉的“牛尾鱼”号美潜艇的21名艇员(见“牛尾鱼”号美军潜艇在特鲁克以北被击沉)，也随这艘航空母舰被押往日本。其中除一人外，均未能幸免于难。