Fin avril, le Hayashio est déployé à partir de Kure comme navire de soutien pour l'occupation de Cagayan. Début mai, il retourne à Kure, qu'il atteint le 17, en compagnie du porte-avions endommagé Shōkaku. Début juin, il est déployé sur Saipan en escortant un convoi de troupes pour la bataille de Midway.
À la mi-juin, il sert de navire d'escorte pour les croiseurs en prévision d'un deuxième raid sur Ceylan, mais l'opération est annulée au moment où le navire atteint Mergui, en Birmanie.
Le , alors qu'il transite vers Lae, le navire est attaqué par des bombardiers de l'USAAF. Le feu devenant incontrôlable, le capitaine Kiyoshi Kaneda donne l'ordre d'abandonner le navire. Après avoir secouru les survivants, le destroyer Shiratsuyu l'envoie par le fond d'une torpille dans la baie de Guna (golfe de Huon), à la position géographique 7° 00′ S, 147° 30′ E.
(en) Andrieu D'Albas et Robert A. Theobald (introduction, notes and maps) (trad. du français par Anthony Rippon), Death of a Navy: Japanese Naval Action in World War II [« Marine impériale »], New York, TheDevin-Adair Company, , 362 p. (ISBN978-0-815-95302-9)
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