Podczas bitwy jutlandzkiej 31 maja i 1 czerwca 1916 roku „Rostock”, wchodząc w skład 2. Grupy Rozpoznawczej Hochseeflotte, pełnił równocześnie funkcję okrętu flagowego dowódcy niszczycieli, komodora Andreasa Michelsena. Podczas dziennej fazy bitwy, 31 maja, krążownik nie wchodził w bezpośredni kontakt bojowy z jednostkami przeciwnika. W nocnej fazie starcia, podczas ataków torpedowych przeprowadzonych przez niszczyciele brytyjskiej 4. Flotylli, został około 1.30 (czasu środkowoeuropejskiego) trafiony torpedą, wystrzeloną najprawdopodobniej z „Ambuscade” lub . Do wnętrza okrętu wlało się ponad 900 ton wody, co spowodowało kilkustopniowy przechył na burtę i znaczne ograniczenie prędkości.
Kilkugodzinna walka załogi o uratowanie „Rostocka” nie dała rezultatu. Holowany przez niszczyciel S 54 oraz osłaniany przez dwa kolejne: V 71 i V 73, płynął na południe z prędkością około 10 węzłów. Nad ranem niemieccy obserwatorzy zauważyli zbliżający się brytyjski krążownik . Pod ochroną zasłony dymnej załoga „Rostocka” przeszła na towarzyszące niszczyciele.