En août et , à Kure puis à Yokosuka, les Kitakami et Ōi sont convertis en transports rapides. Les dix tubes lance-torpilles quadruples sont réduits à six et ils sont équipés de deux barges de débarquement Daihatsu et de rails de lancement, et deux montages triples de 25 mm Type 96 sont ajoutés. Les deux navires appareillent de Yokosuka le avec à leur bord les « forces navales spéciales de débarquement » Maizuru no 4. Ils atteignent les îles Truk le et les îles Shortland le avant de retourner aux Truk le 9.
Le 1er juillet, l'Ōi rejoint la 16e division de croiseurs de la flotte régionale du Sud-Ouest en tant que navire de garnison à Surabaya. Après plusieurs patrouilles en mer de Java, il est réparé au mois d'août à la base de Seletar, à Singapour.
À partir du , l'Ōi, en collaboration avec les navires Kinu, Uranami, Amagiri et Shikinami sont chargés d'escorter les croiseurs lourds Tone, Chikuma et Aoba pour la guerre de course dans l'océan Indien. La force opère à proximité de Singapour et Balikpapan puis vers Tarakan et Bornéo jusqu'à la fin avril. Durant les mois de mai et juin, il prend part à des opérations de transport des troupes entre Tarakan, Palaos et Sorong et patrouille en mer de Java.
Le , l'Ōi part de Surabaya pour Manille. Le , il est localisé en mer de Chine méridionale, à 570 miles au sud de Hong Kong par le sous-marin de l'United States NavyUSS Flasher. À 1 400 yd (1 280,16 m) de son attaquant, le croiseur est touché par deux torpilles à bâbord, à l'arrière de la salle des machines. À 17 h 25, l'Ōi coule par l'arrière à la position 13° 12′ N, 114° 52′ E. Le capitaine Shiba et 368 membres d'équipage sont secourus par le Shikinami, 153 hommes décèdent dans cette attaque.
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