Les résultats décevants obtenus le Ryujo, mais aussi l'expérience acquise lors de la construction du Soryu, entraînèrent de profondes transformations sur le second porte-avions, construit lors du 2ème plan de rénovation. Si la propulsion et le hangar restaient les mêmes, la coque fut élargie et l'autonomie accrue de près 800 km. Le nouveau bâtiment était malheureusement handicapé par le petit îlot situé à bâbord.

Tout au long de sa carrière, le servit en compagnie du Soryu au sein de la 2° division de porte-avions de la Ière flotte aéroportée. A Pearl Harbor, il lança 18 bombardiers Nakajima B5N « Kate » et 9 chasseurs Mitsubishi A6M Zero. Cinq appareils seulement furent perdus. Les deux navires se rendirent ensuite aux abords de l'île de Wake et contribuèrent à stopper résistance de la garnison. En janvier 1942, ils couvrirent l'invasion des Moluques, ouvrant ainsi la voie à la conquête de l'Indonésie. Tous deux, remis en état et réapprovisionnés, il prirent part à la campagne de Midway.

Le 4 juin à l'aube, le Hiryu lança 18 « Kate » et 9 Zero sur l'île, perdant 8 bombardiers et 2 chasseurs. Alors que l'attaque était en cours, les bombardiers en piqué de l'US Marine Corps surgirent, et un tir tout près du but causa au navire japonais bien des problèmes. Pourtant, le Hiryu n'avait pas été découvert par la force d'attaque qui s'en prit au Akagi, au Kaga et au Soryu, et une heure plus tard, 18 de ses « Val » infligèrent au Yorktown de très importants dégâts, l'atteignant de trois bombes.
Dans l'après-midi, 24 bombardiers en piqué venus de l'Enterprise surprirent le Hiryu à découvert et quatre de leurs bombes explosèrent en plein milieu du pont d'envol. Il fut bientôt impossible de maîtriser les incendies, bien que le bâtiment pût encore filer à 28 noeuds. Il brûla encore pendant six heures, et l'ordre de l'évacuer fut donné. Le Hiryu resta encore à flot une douzaine d'heures, quoiqu'un destroyer ait tenté de le couler à la torpille; il ne coula que le lendemain. 416 marins périrent au cours de l'opération.

CARACTERISTIQUES
DEPLACEMENT	Déplacement : standard, 17 300 t ; pleine charge, 21 900 t.
DIMENSIONS	227,40 m; largeur, 22,30 m; tirant d'eau, 7,80 m.
EQUIPAGE	1 100 officiers et matelots.
AVIATION EMBARQUEE	64 appareils
ARMEMENT	6 canons jumelés de 127 mm, 7 canons AA triples de 25 mm et 5 canons jumelés AA de 25 mm
APPAREILS	Appareil propulsif : turbines à vapeur à engrenage développant 152. 000 ch (113 350 kW) à 4 hélices. Vitesse : 34,4 noeuds.