Rajd Doolittle’a 4 marca 1942 roku „Nashville” dołączył do USS „Hornet” u wybrzeży Wirginii, a następnie eskortował lotniskowiec do zachodniego wybrzeża Stanów Zjednoczonych przez Kanał Panamski, docierając 20 marca do San Diego. „Nashville” i „Hornet” wypłynęły z San Francisco 2 kwietnia. USS „Hornet” miał na swoim pokładzie startowym 16 średnich bombowców B-25 Mitchell pod dowództwem podpułkownika Jimmy’ego Doolittle’a z USAAF. Bombowce miały przeprowadzić tzw. rajd Doolittle’a. 13 kwietnia oba okręty spotkały się z innymi okrętami amerykańskimi pod dowództwem wiceadm. Williama F. Halseya Jr. na północ od atolu Midway, a następnie wzięły kurs w kierunku Japonii. Kiedy grupa uderzeniowa znajdowała się 1600 km od wybrzeży Japonii niszczyciele eskorty oderwały się od niej z powodu braku paliwa i z tego powodu „Nashville” i inne krążowniki oraz lotniskowce „Enterprise” i „Hornet” zwiększyły prędkość, by szybciej dotrzeć do punktu startu samolotów, oddalonego 800 km od Japonii. Następnego dnia zespół amerykański został wykryty przez japoński patrolowiec, który zameldował o obecności amerykańskiego Task Force, zanim został zatopiony przez samoloty patrolowe z USS „Enterprise”. Następnie zatopiono drugi patrolowiec ostrzałem artyleryjskim z „Nashville”, jednak atut zaskoczenia został utracony.