第六三四航空隊は１９４４（昭和１９）年５月１日に開隊された。
所属は第三艦隊・第四航空戦隊である。
開戦初頭は、第一航空艦隊は「赤城」､「加賀」。第二航空艦隊は「蒼龍」､「飛龍」。第四航空戦隊は「龍驤」、「大鷹」（のち「祥鳳」に変更）。第五航空艦隊は新造の「翔鶴」､「瑞鶴」であったが、ミッドウェイ海戦で「赤城」､「加賀」､「蒼龍」､「飛龍」を失うなどしていたので、１９４３（昭和１８）年に伊勢型戦艦「伊勢」および「日向」５番、６番砲塔を撤去して飛行甲板を設置し、航空戦艦とし、第四航空戦隊としていた。
第六三四航空隊の編成は
航空戦艦「伊勢」： 艦上爆撃機「彗星」８機
水上爆撃機「瑞雲」１４機
航空戦艦「日向」： 艦上爆撃機「彗星」１４機
水上爆撃機「瑞雲」８機
であった。
新編時の首脳部は「司令兼副長：天谷孝久中佐（海兵５１期）」、「飛行長兼通信長代理：江村日雄少佐（海兵５７期）」、「飛行隊長：田村与志男大尉（水爆）、木塚忠治大尉（艦爆）」、「分隊長：永井宗友中尉（偵練）、石野正治中尉（偵練）」、「整備長：岩元盛高大尉（海機４７期）」などであった。
１９４４（昭和１９）年５月１日に、航空戦艦「伊勢」､「日向」で第四航空戦隊を編成し、第六三四海軍航空隊を付属させて第三艦隊に編入されたわけである。
艦上爆撃隊は岩国基地、水上爆撃隊は呉基地で錬成を始めた。
１９４４（昭和１９）年６月２３日には広島湾で最初のカタパルト射出訓練を実施したが、９月頃までには５００キロ爆弾搭載の２２機を３０分以内に発進させる目標であった。（ちなみに日本海軍では航空母艦から艦上機を発進させるときにカタパルトは使用していなかった）
１９４４（昭和１９）年７月１０日に改装空母「隼鷹」が、同年８月１０日には改装空母「竜鳳」が第四航空戦隊に編入され、第６３４海軍航空隊は
戦闘第一六三航空隊： 零戦４８機（定数）飛行隊長福田澄夫大尉
戦闘第一六七航空隊： 零戦４８機（定数）飛行隊長福田澄夫大尉
彗星２４機（定数）飛行隊長木塚忠治大尉
天山２４機（定数）先任分隊士渡辺 譲 大尉
瑞雲２４機（定数）飛行隊長田村与志男大尉
となり、同８月から艦上爆撃隊、水上爆撃隊は岩国基地で錬成を開始したが、水上爆撃隊は夜間訓練のため鹿児島県指宿基地に移動した。
１９４４（昭和１９）年１０月には六三四航空隊の全てと六五三航空隊の主力は母艦部隊から離れ基地航空隊として第二航空艦隊（第六基地航空部隊）に編入された。
同年１０月に台湾沖航空戦が始まると、六三四空は沖縄を経由して米機動部隊を攻撃、台湾・台中基地に移動した。
この際、水上爆撃隊は東港基地に進出した。
なお、１９４４（昭和１９）年７月１０日には横須賀海軍航空隊で偵察第三〇一飛行隊（水上爆撃機「瑞雲」２４機（常用１８機、補用６機）、零式水上三座偵察機）が編成されている。
その後、フィリピン方面および東港基地から出撃していたが、１９４５（昭和２０）年３月中旬、淡水基地と周辺の士林に基地を設け移動。
同年３月２７日に奄美大島の古仁屋基地に前進、本隊は淡水基地、補充及び錬成は福岡県玄海基地で実施。
毎日のように沖縄周辺の敵艦船を攻撃、殆ど戦果は不明なるも同月２９日には戦艦１、巡洋艦１、駆逐艦７を発見し戦艦に６番爆弾２発名中、４月２０日には大型駆逐艦１隻轟沈、５月２０日には中型輸送船１隻轟沈、５月２３日に駆逐艦１隻轟沈などが確認されている。