從1932年開始，日本政府開始執行一項計劃，為民間船廠提供輔助金，以幫助這些船廠建造優秀船舶。不過，前提是有事需要的時候，這些民用船可以被徵用，作為特設艦船以補充各種支援艦艇的不足。
飯野商事是第一批獲得資助的公司，立即向神戶川崎造船廠訂購了一艘一萬噸級的油船。該造船廠在日本海軍艦政本部的指導下進行設計，這就是之後稱為川崎級的高速油船。
川崎級高速油船共建造了13艘，"日本丸"號是其中第四艘，由山下汽船公司在海軍的指示下訂購，1936年6月30日竣工。"日本丸"號總噸位9971噸，搭載1臺9773馬力的MAN型柴油發動機，最大航速19.2節，滿載狀態下的航速也有16節。海軍要求伴隨艦隊的給油艦在滿載狀態下能達到16節及以上的航速，川崎級高速油輪完全滿足了軍方的要求。
▇海軍徵用前的山下汽船的"日本丸"號高速油船。
川崎級高速油輪的構造基本上與通常的油輪沒有太大的不同，都能夠與海岸附近的儲油設施之間進行石油的裝卸，不同點在於多了海上輸油裝置，這也是軍方的要求，能為遠洋執行任務的艦艇輸油。海上輸油裝置可以事先安裝，或者預留位置，在必要時能快速追加安裝。另外，考慮到被海軍徵用後會加裝武器，在設計時就已預留出炮座的位置和彈藥庫的位置等。
之後，被海軍徵用的川崎級油輪進行了追加工事，在船的前後各搭載1門76毫米炮，沒有海上輸油裝置的也在此時追加安裝。
"日本丸"號服役後，主要從美國或婆羅洲運輸石油，1941年9月，被海軍徵用。10月，與同級的"極東丸"、"東邦丸"、"國洋丸"、"健洋丸"、"東榮丸"、"神國丸"號一起配屬聯合艦隊，7艘油輪將伴隨機動部隊前往珍珠港。可以說，日本海軍真正的主力給油艦其實是從民用船舶徵用的7艘川崎級油船。
▇1941年12月1日，跟隨日本海軍聯合艦隊前往夏威夷珍珠港的幾艘給油艦（右側）。
"日本丸"號與"東邦丸"、"東榮丸"號負責警戒隊的輸油。警戒隊都是油箱小的驅逐艦，需要在海上頻繁輸油。在去程途中的11月27日至12月7日的11天之間，除了天氣惡劣的12月3、4日，"日本丸"號等每天都要給警戒隊的艦艇輸油。
海上輸油有兩種方法，如果是戰列艦級大型艦船，用繩索將給油艦拖在後面一面航行一面輸油；如果是巡洋艦或者驅逐艦等小型艦，則兩艦並駕齊驅，橫向輸油。輸油時的航行速度從9節至12節不等。
▇航母"飛龍"號縱向拖行"旭東丸"號給油艦，正在進行海上輸油。
在需要海上輸油之際，將接受加油的艦艇與給油艦用一根長115米的繩索連在一起。然後，從給油艦甲板上連接著艦內油艙的接頭接上9條12米長的油管，經由艦上的起重機吊到需要加油的艦艇。待接受加油的艦艇連接上油管的另一端，便可以開始輸油。如果是橫向輸油的場合，水面距離油管的高度約為30米，縱向輸油的話，高度更高。
▇"國洋丸"號正在海上給重巡"利根"號橫向輸油。
輸油速度也根據輸油方法不同而不同，橫向輸油的話，每根油管每小時輸油200噸；縱向輸油每根油管每小時輸油100噸。警戒隊下屬各艦的重油搭載量如下：輕巡"阿武隈"號1260噸、朝潮級驅逐艦580噸、夕雲級驅逐艦600噸、陽炎級驅逐艦622噸，假設油箱只剩下一半，全部採用橫向輸油法，使用兩根油管，則輕巡需要90分鐘、驅逐艦需要45分鐘左右加滿油箱。
參與奇襲珍珠港的機動部隊共計20艘艦艇，以16節速度航行的話，一天約消耗3000噸的燃料，往返需28天。這意味著，同行的7艘油船搭載了約8.4萬噸燃料，如不然，這次作戰將得不到完滿。
之後，在堪稱奇蹟的基斯卡島撤退作戰、瓜島撤退作戰時，"日本丸"號也作為伴隨艦隊的給油艦參與了救援行動。
▇攝於1943年的"日本丸"號。
1944年1月8日，"日本丸"號與"國洋丸"、"健洋丸"號組成高速船 隊，在"島風"和"早波"號兩艘驅逐艦的護衛下滿載重油和航空輕質油從婆羅洲的峇里巴板前往特魯克基地。14日午後，"日本丸"號在沃萊艾環礁西南約180海裡的地點遭美軍潛艇雷擊，僅2分鐘就爆沉，16名乘員一同戰死。
"日本丸"號支援了舊日本海軍多場大小作戰，最後如戰鬥艦艇般沉沒，它的命運也象徵著許許多多在背後支撐著前線艦艇作戰的徵用船舶的命運。