Wyposażenie lotnicze obejmowało początkowo wodnosamoloty Typ 94 Kawanishi E7K2 (Alf) i Typ 95 Nakajima E8N2 (Dave).
W listopadzie 1941 „Chitose” wszedł w skład 11 Eskadry Transportowców Wodnosamolotów wraz z „Mizuho”. Tuż przed wybuchem II wojny światowej na Pacyfiku, 2 grudnia 1941 okręty te znalazły się na Palau i zostały przydzielone do wsparcia lądowania na południowych Filipinach, w składzie 2 Floty. 8 grudnia wyruszyły w celu wsparcia zespołu kontradmirała Kyuji Kubo i 11–12 grudnia osłaniały lądowanie w Legazpi. W dniach 20–25 grudnia „Chitose” wspierał lądowanie w Davao i Jolo.
26 grudnia „Chitose” został przydzielony do Sił Holenderskich Indii Wschodnich i działał następnie w styczniu-lutym 1942 na ich wodach. Wspierał m.in. desanty na Manado (styczeń), Kendari (23–24 stycznia), Ambon (31 stycznia), Makasar (6–10 lutego). 10 lutego „Chitose” został lekko uszkodzony w nalocie trzech amerykańskich bombowców LB-30 Liberator z 19 Grupy Bombowej z Malang na Jawie, w Cieśninie Makasar, na południe od Celebes. 14 lutego „Chitose” wspierał operacje przeciw Surabai i powtórnie pod koniec lutego.