1944年10月1日神靖丸啟航，原定經菲律賓馬尼拉再到越南，兩天後因海象不佳而折返高雄港。10月5日，日軍方面接獲美軍將對台灣南部進行空襲的消息，將船隊疏開至香港。10月29日，短暫返家的台籍軍醫們再度接到集合出發的緊急電報。隔日，神靖丸從香港返回高雄港。
12月1日，神靖丸再度出發，目的地依舊保密未明。為了躲避魚雷攻擊，船隊採Z字鋸齒狀一路向南方航行，經香港（12月3日）、海南島榆林及三亞港（12月17日），航向當時仍在法國殖民下的「印度支那」（今越南）。1945年1月1日，神靖丸抵達金蘭灣停泊；7日傍晚，抵達聖雀岬港後沿西貢河到達西貢市。
據日本海軍史料顯示，神靖丸在西貢停泊四天三夜，經聯合艦隊南遣艦隊第十一特別根據地隊司令部的安排下，裝載了該船使用的食糧品及軍用行囊，於11日下午一點再度返回聖雀岬港定泊，準備於隔日與其它運送戰爭物資的船團啟航南下。
1945年1月12日上午7點半，碇泊在越南聖雀岬港外的神靖丸在遭美機魚雷擊沉；大約在9點55分左右沈沒，造成兩百多名人員死亡。根據紀錄，搭乘該船共計醫師、藥劑師、醫務助手、海軍工員342名，死亡247名，僅有95名倖存。
