Bezpośrednio przed rozpoczęciem działań, okręt przypłynął 1 grudnia 1941 ze swoją eskadrą do Palau. Między 6 a 8 grudnia opuścił Palau eskortując siły przeznaczone do zdobycia południowych Filipin. Między innymi, eskortował lotniskowiec „Ryūjō” atakujący Davao, a 10-11 grudnia osłaniał stawianie min w cieśninie Surigao przez stawiacz min . W kolejnych dniach osłaniał siły dokonujące inwazji na Legazpi (12 grudnia), Davao (20 grudnia), Jolo (25 grudnia), Manado (11 stycznia 1942), Kendari (14 stycznia), Ambon (31 stycznia), Makasar (8 lutego).
8 lutego pod Makasarem został storpedowany przez amerykański okręt podwodny S-37 (SS-142) (8 zabitych). Po próbach holowania przez niszczyciel , zatonął 9 lutego 22 mile na południe od Makasaru, w rejonie pozycji Podawana w wielu źródłach pozycja 5°10'S 119°24'E budzi wątpliwości, gdyż wypada w mieście Makasar, a nie 22 mile od niego.. „Kuroshio” przejął rozbitków, wraz z dowódcą. „Natsushio” został oficjalnie skreślony z listy floty 28 lutego 1942. Był pierwszym japońskim niszczycielem storpedowanym przez amerykański okręt podwodny.