在印度洋作战之后，熊野号回到本土进行整修，并在5月4日完成，随即准备参加对于中途岛的攻略作战。在中途岛海战中，熊野号隶属于近藤信竹中将的攻略部队，并担任其中支持部队栗田健男少将的旗舰，统领其它三艘姊妹舰支持作战。在四艘日本航舰惨遭击沉后，栗田本来受山本长官之命，于夜间接近中途岛并炮轰之，但却半途收回，没想到在这时候旗舰熊野号突然发现美军潜舰，一时阵势大乱，发生了悲惨的碰撞事件，最上号与三隈号相撞，损失严重。栗田少将只好留这两艘受伤的重巡，自己率领熊野号向西方遁去。结果第二天三隈号被美机击沉，最上号也受到攻击，几乎变成废舰。
1942年底一直到1943年中，熊野号除了一度回航本土进行维修以外，都在西南太平洋地区执行护航及运送的任务。1943年7月20日，熊野号在从腊包尔往寇隆班加拉航行中遭受到美国鱼雷机的攻击，右舷后部中雷一枚，随即返回腊包尔进行应急修理，然后经土鲁克一路回到本土完成修理工作。9月4日，熊野号在吴工厂完成修理作业，随即返回前线，在中太平洋一带巡逻。12月26日，熊野号从土鲁克岛出发，准备替一批船团护航至卡比延，但在发现美军战机后即回航，塑料粉碎机直到31日才到达卡比延。接下来，熊野号多在土鲁克─帕劳一带进行训练及巡逻，并在1944年2月进入新加坡的林加泊地，并一直待在那里进行训练。
模具控温机在熊野号经过圣贝迪诺海峡时曾遭到敌机攻击，在10月26日，经过民多罗岛南方的时候又遭受美军机攻击，舰桥左舷下部和烟囱附近命中三枚炸弹，炸烂了他的烟囱，并让他的速度又降到只有10节。在到达马尼拉后，熊野号进行了轮机的应急修理，但是由于舰首遭切断，航行阻力极大，他的速度也只提升到十五节。
1944年5月，熊野号随舰队从林加泊地出击，在塔威塔威待机，并于6月19日参加了马里雅那海战。在这场海战中，熊野号与姊妹舰铃谷号、利根型重巡的利根号和筑摩号编成第七战队，在白石万隆少将的率领下隶属于栗田健男中将的第二舰队，担任航舰部队的前卫任务，该舰队亦包括了战舰大和号以及武藏号，是一只十分有力的舰队。但是，有在强的水面舰艇，空中作战一但失败也只有急速逃离战场的份，在小泽机动部队攻击队惨遭全灭，只剩下空空的空母向西逃回后，熊野号也回到了日本本土。
塑料机械重巡洋舰熊野号也跟他的姊妹舰一样，是以轻巡洋舰的姿态竣工，而在进入无条约时代后，就换装了20.3公分的连装炮塔，成为名符其实的重巡洋舰。但是，事实上原本采用的15.5公分三连装炮塔是一款十分优秀的炮塔，长度达六十倍径，超过各国惯用的15.5公分舰炮许多，虽然在穿甲力上略输20.3公分炮一截，但是也不会相差太多，在两万米时，这种15.5公分60倍径炮的贯穿力是100mm装甲板，而20.3公分炮的贯穿力则是125mm。在射速上，这门炮的威力就得以展现，以改装后的最上级装备10门20.3公分来算，每分钟能击发30发炮弹，但是如果像原来装备15.5公分炮15门，每分钟则能击发75发炮弹。加上炮弹散布性能和*作性能都十分优秀，让许多炮术研究者在本级舰换装20.3公分炮时都感到十分可惜。
电木机熊野号在太平洋战争开战之初，与其它三艘姊妹舰编成巡洋舰第七战队，隶属于小泽治三郎中将的南遣舰队。战争初期他随着南遣舰队支持了南洋的大小攻略作战，如马来登陆战、巨港攻略战、爪哇攻略战、北苏门达腊攻略战等。昭和十七年(1942)3月5日，熊野号进入新加坡整备，并在3月9日随舰队出击，支持安达曼群岛攻略战，并在随后进入孟加拉湾进行通商破坏战，击沉商船多只，在这个时候日本海军的机动部队也进入印度洋，获得了辉煌的战果。
塑胶拉链射出机1942年8月，熊野号在回国整备后又再度出击，这次他被编排在新成立以航舰为主的第三舰队中，跟姊妹舰铃谷号一起编成第七战队，担任空母的护卫任务。8月24日，他随舰队参加了第二次所罗门海战(美方称东所罗门海战)，虽然在航舰战斗上日军并未获得什么战果，而且还损失轻航舰龙骧号，但是总算是把登陆部队陆军川口支队的4500人送上了瓜达卡纳尔岛。之后，他也随空母部队参加了南太平洋海战(美方称圣塔克鲁兹海战)，但是这次第七战队被拆散，熊野号被派作航舰的近卫舰，而铃谷号则是与两艘高速战舰编组，担任前卫工作。在这场作战中日军击沉了美国航舰大黄蜂号并重创企业号，但是自己的战机及飞行员却受损严重。