Dengan bermulanya Perang Pasifik, Koga memerintah operasi laut semasa Pertempuran Hong Kong dari 9 Disember 1941 hingga penghujung bulan. Berikutan kematian Laksamana Isoroku Yamamoto pada 19 April 1943, Koga menggantikan Yamamoto sebagai Panglima Besar Armada Gabungan. Kapal pemerintahnya ialah kapal tempur gergasi Musashi.

Koga cuba memulihkan semula operasi tentera laut Jepun dengan penyusunan semula Armada Gabungan menjadi pasukan-pasukan petugas yang diatur sekeliling kapal pengangkut pesawat untuk meniru Tentera Laut Amerika Syarikat, dan menyusun sebuah pangkalan darat armada udara tentera laut untuk bekerjasama dengan kapal pengangkut. Dari segi operasi, beliau berhasrat untuk melancarkan satu penyerangan balas yang agresif di Kepulauan Aleut bagi memecahkan pasukan Amerika dan bagi menarik armada Amerika ke satu pertempuranbesar pada tahun 1943.[2] Walau bagaimanapun, kehilangan pangkalan darat dan kapal pengangkut Jepun di tengah Pasifik akhirnya memaksa Jepun berundur daripada Kepulauan Gilbert dan Filipina menjelang penghujung tahun. Koga secara beransur-ansur mengambil sikap yang lebih konservatif, cuba menjimatkan tentera yang masih tinggal untuk memberikan kerosakan maksimum keatas pihak Amerika apabila mereka menghampiri Filipina.Koga telah terbunuh apabila pesawatnya, sebuah kapal terbang laut Kawanishi "Emily", terhempas ketika ribut taufan antara Palau dan Davao sewaktu mengawasi pengunduran Armada Gabungan dari markas Palaunya pada 31 March 1944. Kematiannya tidak diumumkan sehingga Mei 1944 apabila beliau secara rasminya digantikan oleh Laksamana Soemu Toyoda.

Koga telah dianugerahkan pangkat Marsyal Laksamana secara anumerta dan beliau telah diberi pengebumian negara. Pusaranya terletak di Tanah Perkuburan Tama, di luar Tokyo.