在武器上，大致与苍龙号相同，不同处为飞龙号是第一艘装用 25mm 三联装防空机炮的空母，并与 25mm 双联装混载使用。
飞龙号（Hiryu）1939 年 7 月 5 日在横须贺
飞龙号完成后，就与准姊妹舰苍龙号编成第二航空战队。昭和十五年（1940）九月，日军进驻北法属印度支那，第二航战只有飞龙号出击参加行动。隔年七月，日军进驻法属印度支那南部，飞龙号才跟苍龙号一起参加支持任务。作战结束后两舰都回到本土，为了即将来临的夏威夷攻击作战而展开严格的训练。
昭和十六年（1941）十二月八日，飞龙号与其它五艘中大型航母一起对美国在太平洋上最大的海军基地珍珠港发动了奇袭，太平洋战争随之爆发。在结束珍珠港的攻击任务回国途中，第二航空战队奉命前往威克岛支持久攻不下的登陆作战，在强而有力的空中力量支持下，日军不久就攻下此岛。昭和十七年（1942）一月，飞龙号与苍龙号一起南下参加攻略荷属东印度群岛的支持作战。二月，在帛琉与第一航空战队会合，先是轰炸了澳洲的达尔文港，后是进入了印度洋。机动部队的飞行员以高超的技术在印度洋击沉了英军的重巡洋舰两艘以及轻航母一艘。飞龙号以及他的战机们在战场上证明了他们是世界上战力最强的航空战队之一。
昭和十七年（1942）六月五日，飞龙号参加了史无前例的大规模海战中途岛攻略战，与其它三艘航母─同战队的苍龙号、第一航战的赤城号和加贺号航母同属南云中将的机动部队麾下，任务是奇袭中途岛基地，彻底毁灭该岛战力，并诱出美国航母加以歼灭，但是，这个计划却因为密码遭美军解破而曝光，使得美军能掌握日本的各步行动，调来了三艘航母在中途岛打联合舰队的埋伏。
1942 年的飞龙号（Hiryu）线图
南云机动部队四艘航母在严格的无线电静默管制下悄悄逼近了中途岛基地，发动了第一波攻击队攻击中途岛。但是由于攻击队机群被中途岛美军雷达发现，所以岛上战机都紧急疏开，加上防空火力强烈，使得属于飞龙号的攻击队队长友永大尉发回“需要第二次攻击”的报告。
本来在机动部队各舰飞行甲板上，预留了一支用来攻击美军航母舰队的第二波攻击队，但是因为中途岛攻击不甚理想，于是南云中将下令第二波攻击队改换陆用炸弹，在这期间来自中途岛的美军战机陆续猛攻南云舰队，但在零式战机的拦截下没有任何战果。
就在第一次换弹作业结束后，却突然传来发现敌航母舰队的消息，坐镇飞龙号的第二航战司令山口多闻少将建议马上派出战机攻击，但是南云忠一却认为应当将陆用炸弹换回攻舰用的鱼雷，还有收容第一波攻击队在程序上较为合理。
结果事后证明南云忠一的这个“换弹命令”导致了致命的结果，就在四艘航母都把飞行甲板上的各项事务处理完毕，正要迎风放出飞行队攻击美国舰队时，美国舰载俯冲轰炸机突然出现，将在甲板上载满了炸弹油料以及战机的日本航母化成了一团火海。由于飞龙号位置较其它三艘航母为远，得以躲开了这次毁灭性的俯冲攻击。
正在进行避弹机动的飞龙号（Hiryu）
在其它三艘航母都丧失战斗力后，在飞龙号上的山口多闻少将接管了作战指挥权，并随即在当地时间 10 时 40 分和 12 时 45 分派出两波战机反击，第一波由小林道雄大尉指挥，记有零战 6 机、九九式舰爆 18 机。第二波包含了 6 架零战以及 10 架九七式舰上攻击机，由带队攻击中途岛的友永大尉率领，重创了约克城号。
接近黄昏时，山口计划将飞龙号上的残余兵力零战 6 架、舰爆 5 架以及舰攻 6 架发动最后一次攻击，但是这时来自美军“企业”号的2 4 架俯冲轰炸机出现在飞龙号的上空，直接命中 4 枚炸弹。两枚在第一升降机附近，两枚在舰桥与第二升降机附近，飞龙号受伤严重，舰上燃起熊熊大火，虽然一度似乎得以控制，但终究无法得以救回。至 21 时 23 分飞龙完全失去机动能力、开始倾斜。
午夜，山口少将下令全员弃舰，而自己则留在舰上与舰共存亡，他摘下了军帽作为遗物，在舰桥里与准备一同赴死的飞龙号加来止男舰长观赏着月色，并以清水代酒。由驱逐舰卷云号对飞龙号发射了两枚鱼雷，但是飞龙号并没有因此沉没，到了第二天早上山本本队里的侦察机发现飞龙号还在漂流，并在舰上发现人影，就派驱逐舰谷风号前去营救，但是却再也找不到飞龙号踪影。
飞龙号（Hiryu）的最后一幕
事实上，飞龙号一直漂流到 8 点 20 分，侦察机所看到的人影是机舱里的幸存者机关长万代少尉一行人。这些人本来被困在机舱里，差点丧命，但是卷云号驱逐舰发射的鱼雷却打破了船舱使得他们得以逃生，后来他们被救起，成为了美军的俘虏。
飞龙号（Hiryu）青岛社新版的飞龙号模型
该舰主要性能数据为：
排水量：17,300 吨（基准），20,165 吨（公试），21,900 吨（满载）
长×宽×吃水：227.35m×22.32m×7.74m
飞行甲板尺寸（长×宽）：216.9m×27m
动力：口号舰本式专烧锅炉 8 座，舰本式蒸汽轮机 4 台，4 轴推进 153,000hp
航速：34.3 节
续航力：7,670 海里/18,节
火力：127 毫米双联装高射炮6座，九六式双联装 25 毫米高炮 5 座，三联装 25 毫米高炮 7 座
舰载机：（1941 年 12 月常备配置）零式舰战21+4架，九九舰爆 27+8 架，九七舰攻 9+3 架
舰员：1,103 人