Hai thiết giáp hạm lớp Scharnhorst thường hoạt động cùng nhau. Trong thời gian từ 21-27/11/1939, cả hai cùng xuất kích đến gần đảo Iceland để nghi binh cho tàu Đô đốc Graf Spee đang bị Hải quân Anh vây bắt trên biển. Trong ngày 23/11/1939, tàu Scharnhorst đã bắn chìm tuần dương hạm hỗ trợ HMS Rawalpindi.
 |
| Thiết giáp hạm Scharnhorst (trái) và Gneisenau (phải) thường hoạt động theo cặp cùng nhau |
Từ ngày 7/4/1940, hai tàu lại được huy động tham gia chiến dịch đổ bộ Na Uy. Hai ngày sau, biên đội tàu đã chạm trán ngắn với tàu tuần dương chiến đấu HMS Renown, khiến tàu Gneisenau bị trúng ba phát đạn pháo. Đến tháng 6/1940, chúng tiếp tục tham gia chiến dịch ngăn chặn quân Na Uy rút lui. Và ngày 08/06/1940, hai tàu đã tham gia hải chiến, bắn chìm tàu sân bay HMS Glorious, tàu khu trục HMS Acasta và HMS Ardent. Tuy nhiên, tàu Scharnhorst cũng bị trúng ngư lôi từ tàu HMS Acasta.
Trong quá trình rút lui, thiết giáp hạm Scharnhorst tiếp tục bị máy bay trên tàu sân bay HMS Ark Royal của Hải quân Hoàng gia Anh tấn công khi đang neo đậu ở cảng Trondheim, nhưng không gây thêm thiệt hại gì. Tàu Gneisenau được lệnh nghi binh cho tàu Scharnhorst rút về Kiel, nên đã bị tàu ngầm HMS Clyde bắn trúng một ngư lôi vào mũi, và sau đó phải trở về Trondheim. Sau đó, cả hai tàu đều được sửa chữa tại Deutsche Werke, Kiel.
 |
| Một "nạn nhân" của hai thiết giáp hạm lớp Scharnhorst là tàu sân bay HMS Glorious của Hải quân Hoàng gia Anh. Khi đụng độ, trên sàn boong của con tàu chất đầy các máy bay được sơ tán từ Na Uy. Chỉ sau ba mươi phút hải chiến, những phát đạn pháo 280mm đã tiễn HMS Glorious xuống gặp Long Vương. Đi cùng nó là hai tàu khu trục HMS Acasta và HMS Ardent. |
Từ ngày 22/1/1941 đến ngày 23/4/1941, cả hai tàu đã đột phá thành công ra Đại Tây Dương, thực hiện hải trình dài 17.800 hải lí, đánh chìm 22 tàu với tổng trọng tải 115.000 tấn, sau đó trở về cảng Brest, Pháp. Hải quân và không quân Đồng Minh lập tức trả đũa. Trong quá trình hải hành trở về, tàu Gneisenau đã bị trúng một ngư lôi phóng từ máy bay tại cảng Brest ngày 6/4/1941, và đến ngày 10/4/1941 bị trúng bốn quả bom. Ngày 24/0/1941, sau khi chuyển đến cảng La Pallice, Pháp một ngày, chiếc Scharnhorst bị trúng năm quả bom từ máy bay của Không quân Hoàng gia Anh
Trong các ngày từ 11 đến 13/2/1942, hai thiết giáp hạm lớp Scharnhorst cùng tuần dương hạm hạng nặng Prinz Eugen đã tiến qua eo biển Manche. Đội hình tàu đã vướng vào bãi thủy lôi. Chiếc Scharnhorst bị vấp hai quả thủy lôi ở bờ biển Hà Lan, còn chiếc Gneisenau cũng bị trúng một quả, nên phải vào cảng Wilhelmshaven để sửa chữa. Vận đen vẫn không buông tha.
Ngày 26/02/1942, tàu Gneisenau bị trúng một quả bom lớn, kho đạn pháo phía trước tàu bị nổ, phần trước tàu hư hỏng nặng. Con tàu được kéo đến Gotenhafen (nay là Gdynia, Ba Lan) và được lên kế hoạch để sửa chữa, thay thế tháp pháo mới cỡ nòng 380mm. Tuy nhiên, đến ngày 1/7/1942, con tàu đã bị loại khỏi biên chế, và đã bắt đầu tháo dỡ phần trước của tàu. Đến đầu tháng 1/1943 thì công việc tháo dỡ bị đình chỉ. Trong những ngày tàn của chế độ Quốc xã, ngày 27/03/1945, thân tàu Gneisenau đã bị đánh đắm để chặn lối vào cảng của Hồng quân Liên Xô.
Còn chiếc Scharnhorst thì vẫn tiếp tục hoạt động. Từ ngày 6-9/09/1943, Tàu tham gia chiến dịch Sizilien cùng thiết giáp hạm Tirpitz, đổ bộ binh lính và pháo kích lên đảo Spitzbergen.
 |
| Hải đồ trận đánh eo biển North Cape |
Ngày 25/12/1943, chiếc Scharnhorst rời cảng Alta Fjord tham gia săn lùng đoàn vận tải JW.51B gồm 19 tàu chở hàng của Đồng Minh. Đây là một phần nằm trong chiến dịch Ostfront của Hải quân Đức nhằm đánh chặn các đoàn vận tải Đồng Minh trên Bắc Băng Dương. Cùng xuất kích với Scharnhorst là 5 tàu khu trục lớp Narvik mang số hiệu Z-29, Z-30, Z-33, Z-34 và Z-38.
Chỉ một ngày sau đó, ngày 26/12/1943, tàu tham gia trận hải chiến North Cape với các tàu chiến của Hải quân Hoàng gia Anh. Trong điều kiện thời tiết xấu, và lại thiếu các khí tài radar mạnh, nên Scharnhorst đã bị mất lợi thế chiến thuật của kẻ tấn công, và trở thành con mồi trong “trận đòn hội chợ” của hàng loạt tàu chiến Anh, gồm một thiết giáp hạm HMS Duke of York, một tuần dương hạm hạng nặng HMS Norfolk, ba tuần dương hạm hạng nặng HMS Sheffield, HMS Belfast và HMS Jamaica, cùng 9 tàu khu trục khác.
Đầu tiên, tàu bị trúng hai phát đạn pháo 203mm của tàu tuần dương hạng nặng HMS Norfolk, làm vô hiệu hóa radar. Sau đó, tiếp tục bị trúng hai phát đạn pháo 280mm của tàu Norfolk. Tàu tiếp tục đụng độ thiết giáp hạm HMS Duke of York; các tàu khu trục của hải quân Anh đã phóng 4 ngư lôi trúng tàu khiến cho Scharnhorst khựng lại. Tiếp đó, tàu bị trúng hơn mười phát ngư lôi và đạn pháo từ thiết giáp hạm HMS Duke of York và các tàu tuần dương, khiến con tàu chìm hẳn. Chỉ có 36 thủy thủ được Hải quân Anh cứu thoát. Tuy nhiên, chiến thắng của Hải quân Anh cũng phải trả giá khá đắt khi chiếc Duke of York cũng đã bị hư hỏng nhẹ, trong khi tàu HMS Norfolk và một tàu khu trục khác bị đánh hỏng nặng nề.