千歲級是日本海軍於1933年度的"第二次艦艇補充計畫"中所計畫建造的，千歲級平時可擔任一般的水上飛機母艦，不過在其船舯，另外裝設有供操作特殊潛艇─甲標的所使用的裝備，因此千歲級除了原本搭載的24架水上偵察機外，還另外搭載12艘的甲標的。另外，千歲的原始設計也能用來高速變更為航空母艦，不過由於任務特殊，所以相對性的採用了極複雜的設計和動力系統，因此在3號艦瑞穗設計時，便捨棄甲標的的搭載能力，並將原本使用的複雜式輪機換裝成柴油主機以增加續航力。千歲於1938年7月25日於吳工廠完工，不過在加入艦隊後大多被當成了特潛母艦使用

        大戰初期，千歲和瑞穗兩艦編組成第11航空戰隊，隸屬於第三艦隊，並參加菲律賓攻略戰和印尼方面的戰事。不過在1942年5月時，瑞穗慘遭美軍潛艇擊沉後，千歲成為了11航空戰隊的旗艦，另外特設水上飛機母艦神川丸也加入該艦隊補缺額，因此在中途島海戰時，第11航空戰隊是以千歲為旗艦出擊的

        1942年8月，美軍先以艦隊轟炸後強行登陸瓜達康納爾，與駐守在島上的日軍發生血戰，這就是未來長達近一年半的所羅門消耗戰的序幕。8月19日，由千歲和輕巡神通以及4艘驅逐艦所護衛的運輸船團準備向瓜島進行物資的運補。然而在24日當天，日美雙方的艦隊爆發第二次南太平洋海戰，這個小船隊反而遭到美軍機動部隊的攻擊，千歲被攻擊機的重型炸彈命中，全艦陷入一片火海，並曾一度失去動力，所幸在艦員努力搶修下及日軍機動部隊重創了美軍艦隊減少空襲危險後，雖然並未完成當初的護衛任務，不過所幸得以避免沉沒

        1943年1月，日本海軍為了補充在中途島海戰中損失的4艘大型空母，決定將千歲改裝成空母。千歲隨即進入佐世保工廠進行改裝，值得一題的是，千歲級是改裝空母中速度最快的艦種，最高速力高達29節。千歲在1944年1月1日完成改裝工事，並和千代田、瑞鳳兩艦編成第三航空戰隊

        1944年6月，美軍進攻塞班島，日本在同時發動阿號作戰，意圖以新編成的第一機動部隊阻擋美軍攻勢以固守內南洋防禦圈，結果在雙方兵力懸殊差異下，日本戰機並未擊沉任何目標，反而慘遭大批美機圍攻，損失慘重。日軍空母除了被敵機攻擊外，大鳳、翔鶴兩艦更遭到美軍潛艇的攻擊沉沒。在此戰中，千歲所隸屬的第三航空戰隊曾經遭到後方第一航空戰隊的戰機攻擊，所幸未造成任何損傷，不過在撤退時，美軍戰機大舉進攻，千歲曾遭到數枚至近彈擊中，艦體受到爆炸的影響，也受了不小的傷害。在回到日本後，由於戰機數量不足，千歲再度加裝防空機槍，徹底強化對空武力

        1944年10月，美軍登陸菲律賓，日本發動捷一號作戰，雙方將水上兵力全投入了這場號稱世上最大海戰之一的雷伊泰灣海戰。在當時，由於日本海軍已經沒有足夠的艦載機供空母部隊出擊，加上之前在台灣附近和美軍第三艦隊進行的激烈航空戰，更不可能讓日軍空母部隊全數出擊，因此小澤治三郎中將決定將空母部隊當成誘餌艦隊使用，以求栗田中將率領的水上艦隊能趁虛將美軍的登陸部隊重創。第三航空戰隊的千歲、千代田和瑞鳳三艦，由剩下的唯一一艘大型空母瑞鶴領航，由呂宋島東北方向雷伊泰灣方向進攻，並曾在10月24日向美軍第三艦隊的三八•三特遣艦隊發動了一次攻擊。10月25日，美軍第三艦隊的全部兵力(除到尤利堤進行整補，正在向雷伊泰灣回航的三八•一特遣艦隊外)向小澤部隊進攻，千歲遭到美軍攻擊機隊的圍攻，數枚炸彈命中了正在極力逃竄的空母，很快的就使他的機艙全毀，完全失去動力，最後沉沒在恩加諾角附近

        千代田為千歲級的二號艦，1938年12月15日於吳工廠完工，不過在加入艦隊後大多被當成了特潛母艦使用

        大戰初期，千代田停泊於吳港附近的柱島，雖然編屬於聯合艦隊，但大多擔任特殊潛艇的訓練任務，一直到1942年4月間，才離開瀨戶內海前往南太平洋支援特魯克方面的作戰。在中途島海戰時，千代田和日進組成第五潛水戰隊，搭載特殊潛艇甲標的參加第一艦隊的作戰，但是由於空母部隊遭到全滅，第一艦隊實際上也沒有參戰就撤回了日本

        中途島海戰後，千代田大多擔任運輸戰機及軍需品等物資前往阿留申方面的基斯卡島，之後曾短暫的回到瀨戶內海進行特殊潛艇的訓練任務，隻後轉往南太平洋支援所羅門方面的作戰

        1943年1月，日本海軍為了補充在中途島海戰中損失的4艘大型空母，決定將千代田改裝成空母。千代田隨即進入橫須賀工廠進行改裝，由於較千歲提前一個月進行改裝，千代田在1943年12月15日就已經完成改裝工事，並和千歲、瑞鳳兩艦編成第三航空戰隊

        1944年6月，美軍進攻塞班島，日本在同時發動阿號作戰，意圖以新編成的第一機動部隊阻擋美軍攻勢以固守內南洋防禦圈，結果在雙方兵力懸殊差異下，日本戰機並未擊沉任何目標，反而慘遭大批美機圍攻，損失慘重。日軍空母除了被敵機攻擊外，大鳳、翔鶴兩艦更遭到美軍潛艇的攻擊沉沒。在此戰中，千歲所隸屬的第三航空戰隊曾經遭到後方第一航空戰隊的戰機攻擊，所幸未造成任何損傷，不過在撤退時，美軍戰機大舉進攻，千代田也遭到美機的攻擊，艦體受了不小的傷害。在回到日本後，由於戰機數量不足，和千歲一同追加防空機槍，徹底強化對空武力

        1944年10月，美軍登陸菲律賓，日本發動捷一號作戰，雙方將水上兵力全投入了這場號稱世上最大海戰之一的雷伊泰灣海戰。在當時，由於日本海軍已經沒有足夠的艦載機供空母部隊出擊，加上之前在台灣附近和美軍第三艦隊進行的激烈航空戰，更不可能讓日軍空母部隊全數出擊，因此小澤治三郎中將決定將空母部隊當成誘餌艦隊使用，以求栗田中將率領的水上艦隊能趁虛將美軍的登陸部隊重創。第三航空戰隊的千歲、千代田和瑞鳳三艦，由剩下的唯一一艘大型空母瑞鶴領航，由呂宋島東北方向雷伊泰灣方向進攻，並曾在10月24日向美軍第三艦隊的三八•三特遣艦隊發動了一次攻擊。10月25日，美軍第三艦隊的全部兵力(除到尤利堤進行整補，正在向雷伊泰灣回航的三八•一特遣艦隊外)向小澤部隊進攻，千代田遭到美軍攻擊機隊的圍攻，艦上陷入了一片火海，所有的機器也停止運轉了，這時已經被宣告放棄的千代田本來要由輕巡五十鈴和驅逐艦槇進行善後，不料美軍的重巡紐奧良號隨即殺出，並對這艘負傷的空姆進行了兇猛的砲擊，最後千代田沉沒在恩加諾角附近