发后，1942年北卡罗来纳级两舰相继加入美国海军太平洋舰队。1942年8月美军在瓜达尔卡纳尔岛登陆，北卡罗来纳号成为当时为美国快速航空母舰舰队护航的唯一一艘战列舰。1942年11月14日，华盛顿号在第二次瓜达尔卡纳尔海战中，利用雷达的引导攻击日本海军雾岛号战列舰，命中其9枚16英寸炮弹，迫使其自沉于瓜岛水域（也有记录称雾岛号是因为无法控制进水而被击沉）。1944年华盛顿号在一次碰撞事故中舰艏撞毁并更换了新舰艏。在太平洋战争期间北卡罗来纳级两舰参加了大部分重大战斗，主要为航空母舰舰队提供防空火力保护，以及沿岸