Aichi D3A

Летом 1940 г. предсерийные машины «99» были переданы в состав корабельных авиагрупп «Кага» и «Акаги», а также сводных авиаотрядов ВМС в оккупированных Китае и Фр. Индокитае. Высокие для авиации конца 1930-х гг. маневренность и скорость пикировщика «99» позволяли при необходимости самостоятельно вести воздушный бой с истребительной авиацией ВВС Китая, в связи с чем машина получила высокую оценку военных лётчиков ВМС Императорской Японии.

К осени 1941 г. все оснащенные новейшими пикировщиками авиаотряды и корабельные авиагруппы ВМС передислоцировались в метрополию, где проводилось сосредоточение авиации ВМС в преддверии грядущей войны. На конец 1941 г. на вооружении авиаотрядов и корабельных авиагрупп ВМС насчитывалось 141 ед. (67 троек) пикировщиков «99-1». Большая часть которых находилась в составе трех корабельных авиадивизий 1-го (авианосного) флота (Маневренного отряда) ВМС[12]. Пикировщики «99» и торпедоносцы «97» составили костяк корабельной ударной авиации Маневренного отряда ВМС при налете на Перл-Харбор, где были потеряны 22 машины. В первом смешанном эшелоне 2-й ДАВ[13] имелось 17 пикировочных троек[14], которые нанесли одновременные нанесли БШУ как по аэродромам, так и по корабельному составу[15] 1-й и 2-й линейных корабельных дивизий Тихоокеанского флота ВМС США на стоянках, где была потеряна одна машина. Во втором штурмовом эшелоне имелось 26 пикировочных троек, но результативность второй штурмовки оказалась ниже со значительно более высокими потерями[16].

Второй операцией стратегического значения для корабельной ударной авиации Маневренного отряда ВМС стал налет на п. Дарвин (Австралия) в начале 1942 г.. В налете принимало участие 27 пикировочных троек двух[17] корабельных авиадивизий, которые смогли выполнить задачу благодаря господству в воздухе корабельной истребительной авиации. Налет корабельной авиации на несколько месяцев вывел из строя инфраструктуру порта и уничтожил часть стоявших на рейде кораблей ВМС США.

С весны 1942 г. в ходе общего наступления на о. Цейлон ударная авиация трех[18] корабельных авиадивизий наносила БШУ по островным базам и стоянкам Дальневосточного флота ВМС Великобритании. Налеты[19] на центральный п. Коломбо прошли успешно, но основные силы ВМС Великобритании успели выйти в море. Корабельный резерв ударных групп приступил к поиску основных сил противника. Ведшим поиск в открытом море 17 пикировочным тройкам трех дивизий удалось обнаружить и уничтожить крейсера «Корнуолл» и «Дорсетшир» ВМС Великобритании, затонувшие после 15 прямых попаданий кал. 250 кг каждый. Ударной авиации Маневренного отряда ВМС также удалось обнаружить и уничтожить в открытом море у о. Цейлон АВ «Гермес» ВМС Великобритании и несколько военных судов. Весной 1942 г. при обороне п. Морсби[20] в боевых столкновениях в Коралловом море ударные группы 5-й ДАВ, несмотря на растущие потери в людях и технике, смогли уничтожить в море АВ № 2 «Лексингтон» и повредить АВ № 5 «Йорктаун» ВМС США.

Переломным моментом боевых действий стало лето 1942 г., где в боевых действиях у западной оконечности Гавайского архипелага (ат. Мидуэй) налетом палубной авиации ВМС США в море был уничтожен костяк сил Маневренного отряда ВМС: 1-я[21] и 2-я[22] ДАВ. До потопления всех кораблей 6 пикировочных троек 2-й[23] ДАВ нанесли БШУ по ОГ № 17 «Йорктаун» ВМС США в открытом море, добившись трёх прямых попаданий калибра 250 кг. Истребительным прикрытием группировки было уничтожено 11 машин, 3 ед. сбиты ПВО авианосца. Поврежденный АВ № 5 «Йорктаун» через некоторое время был потоплен торпедной атакой ударной группы АГ «Хирю».

Пикировщик «99-1» с опознавательными знаками АГ «Акаги» (лето 1942 г.)

Пикировщики «99-1» АГ «Сёкаку» после налета на ОГ № 16 («Энтерпрайз») ВМС США у о. Гуадалканал (лето 1942 г.)

Обороняясь от продвигающихся на юго-восточном направлении с австралийского плацдмарма к арх. Н. Гвинеи корабельных отрядов ВМС и соединений КМП США, ВМС Императорской Японии осенью 1942 г. навязали противнику встречное сражение у арх. Соломоновых о-вов для обороны внешнего рубежа стратегической базы Рабаул. Единственная боеспособная[24] корабельная авиадивизия Маневренного отряда ВМС встретилась с оперативными группами № 16 («Энтерпрайз») и № 17 («Хорнет») ВМС США. 5-я ДАВ имела на вооружении корабельных авиагрупп 54 ед. пикировщиков «99», которым за два месяца летне-осенних боев удалось в открытом море дважды тяжело повредить АВ № 6 «Энтерпрайз» и уничтожить АВ № 8 «Хорнет».

В 1942 г. на вооружение корабельных авиагрупп ВМС стали поступать пикировщики модификации «99-2», но в связи с наличием в КБ «Аити» в разработке пикировщика «Суйсэй» следующего поколения, пикировщики «99» постепенно выводились в учебные и береговые авиаотряды ВМС. В связи с утратой корабельной истребительной авиацией преимущества перед палубной авиацией ВМС США в воздухе, машины разработки 1930-х гг. с малой тяговооруженностью и отсутствием бронирования несли тяжелые потери. Продолжая сдерживать продвижение соединений ВМС и КМП США у арх. Соломоновых о-вов в 1943 г. имевшие на вооружении пикировщики «99» береговые авиаотряды ВМС понесли тяжелые потери от ПВО наступающих корабельных группировок.

В 1944 году пикировщики «99» находились на вооружении одного соединения корабельной авиации — уничтоженная в боевых действиях ат. Мидуэй и вновь сформированная 2-я ДАВ ВМС[25], имевшая на своих кораблях до 12 пикировочных троек. В операции по обороне Марианских островов ударные группы пикировщиков «99-2» 2-й ДАВ были в основном уничтожены палубной авиацией и корабельным ПВО наступающих корабельных группировок.

В 1945 г. небольшое число пикировщиков «99» береговых авиаотрядов ВМС передавались в части особого назначения[26] и применялись ВМС в ходе боев за Окинаву и операции «Кикусуй» весной 1945 г.