ב-23 בנובמבר נתקלו האוניות הגרמניות באוניית הסוחר החמושה רוואלפינדי (Rawalapindi) של הצי הבריטי. האוניות הגרמניות דרשו מהספינה הבריטית להיכנע, אך רב החובל של רוואלפינדי סירב. לאונייה הבריטית לא היה כל סיכוי מול האוניות הגרמניות, והיא הוטבעה תוך 15 דקות. מתוך צוות של 272 קצינים ומלחים ניצלו 38 איש, שנאספו על ידי האוניות הגרמניות. סיירות הקרב הבריטיות ריפאלס והוּד יחד עם אוניית המערכה וורספייט הפליגו במהירות לאזור הקרב, אך סופה שהתחוללה באזור הסתירה את האוניות הגרמניות מהכוח הבריטי, והן הצליחו לחזור לווילהלמסהאפן ב-27 בנובמבר. שתי האוניות סבלו מתקלות שונות, ושהו בנמל לתיקונים עד פברואר 1940.
ב-18 בפברואר יצאה שרנהורסט, יחד עם גנייזנאו, הסיירת הכבדה אדמירל היפר ושלוש משחתות למבצע נורדמרק. המטרה הייתה לפגוע בתעבורה הימית הבריטית בין נורווגיה לבריטניה. השייטת הגרמנית הגיעה עד איי שטלנד אך לא גילתה אוניות סוחר ושבה לבסיסה ב-20 בפברואר.
הפלישה לנורווגיה.
ב-7 באפריל 1940 החלו אוניות הצי הגרמני שנועדו למבצע וסריבונג, הפלישה לנורווגיה (המבצע נקרא כך על שם הנהר וזר בגרמניה), להיערך על החוף הגרמני של הים הצפוני. שרנהורסט ואחותה גנייזנאו נועדה להשתתף בכוח החיפוי העיקרי לכוחות הנחיתה, שעמדו לתקוף בנרוויק ובטרונדהיים.
השייטת הגרמנית יצאה לדרכה במזג אוויר קשה, שגרם נזקים לאונייה והאט את התקדמותה. ב-9 באפריל לפנות בוקר גילה מכ"ם האונייה מטרה, שהתבררה כסיירת הקרב הבריטית Renown, שהייתה מלווה בתשע משחתות. האוניות הגרמניות והבריטיות פתחו באש זו על זו; Renown ו"גניזנאו" ספגו מספר פגיעות. המכ"ם של שרנהורסט לא פעל עקב תקלה, והאוניות הגרמניות נצטוו, ככלל, להימנע מקרבות עם אוניות שטח בריטיות. לפיכך, ניתקו האוניות הגרמניות מגע לאחר כשעתיים, גם בשל תקלות רבות שהתגלו אצלן, ובהן הצפת צריח התותחים הקדמי במים עקב הים הסוער ותקלות בטורבינות. השייטת הגרמנית נעה מערבה ללב ים, כדי לחמוק ממרדף אפשרי, ושבה לנמל ב-12 באפריל. שרנהורסט שהתה בנמל כחודש לתיקון התקלות השונות.
מבצע "יונו" (Juno).
לקראת סוף חודש מאי היה ברור שבעלות הברית הפסידו את המערכה. הבריטים החלו לפנות את כוחותיהם בדרך הים במבצע alphabet (אלפבית) בין 5 ביוני ל-8 ביוני, והצי הגרמני נערך למבצע "יונו" כדי לפגוע בשיירות הפינוי. גנייזנאו הייתה אוניית הדגל של השייטת הגרמנית שנערכה למטרה זו, ויחד עמה היו בשייטת שרנהורסט, הסיירת הכבדה אדמירל היפר, ארבע משחתות וחמש אוניות סיוע. השייטת יצאה מקיל ב-4 ביוני, והגיעה סמוך לחופי צפון נורווגיה ב-8 ביוני. בדרכן הטביעו האוניות הגרמניות שלוש אוניות סוחר בריטיות, והניחו לאוניית בית חולים אחת לשוט לדרכה.
ב-8 ביוני אחר הצהריים זיהתה שרנהורסט עשן במזרח. הייתה זו נושאת המטוסים הבריטית אה"מ גלוריוס (Glorious), שהייתה מלווה בשתי משחתות. הכוח הבריטי הפליג בנפרד מהכוח הבריטי המרכזי שהיה מצפון לו; לא ברור מדוע התיר הפיקוד הבריטי לאונייה להפליג לבדה. מפקד השייטת הבריטית הורה לאחת המשחתות לבדוק את זהות האוניות הזרות, ומשהתקרבה פתחו האוניות הגרמניות באש. הכוח הבריטי לא היה מוכן כלל לקרב; נושאת המטוסים הפליגה במהירות נמוכה יחסית, כשרק חלק מדוודיה פועלים, ומטוסיה מאוחסנים מתחת לסיפון ולא מוכנים להמראה. בתוך שעה הטביעו האוניות הגרמניות את נושאת המטוסים ואת שתי המשחתות; 1,519 קצינים ומלחים, בהם אנשי צוות אוויר, טבעו בים, ורק 39 ניצלו על ידי אונייה נורווגית שאספה אותם מאוחר יותר.
אחת המשחתות הבריטיות הצליחה לירות טורפדו שפגע קשה בשרנהורסט. בדופנה נפער חור בגודל 6 על 14 מטרים, ולמעלה מ-2,500 טון מים חדרו לאונייה. 48 מלחים נהרגו, והאונייה נטתה על צידה ושקעה 3 מטרים במים.
מפקד השייטת הגרמנית, אדמירל וילהלם מרשל (Marschall) חשש מתגובה בריטית והורה לחזור לטרונדהיים. שרנהורסט הפגועה הצליחה להגיע לשם למחרת אחר הצהריים, ולהתחיל בתיקונים. מפציצים בריטיים תקפו אותה שם כמה פעמים, ללא תוצאות. גם בדרכה חזרה לגרמניה, לשם יצאה ב-20 ביוני, הותקפה שרנהורסט על ידי מטוסים בריטיים ואוניות שטח ניסו לפגוע בה, אך המודיעין הגרמני הצליח להתריע על כך בזמן וההתקפות נכשלו. גם גנייזנאו נפגעה קשות מטורפדו שנורה על ידי צוללת בריטית, ושתיהן נזקקו לתיקונים ארוכים, שנמשכו עד סוף שנת 1940.
שני הצדדים ראו בקרב כישלון. הבריטים איבדו נושאת מטוסים חיונית ושתי משחתות, ומספר רב של אנשי צוות אוויר שהיו נחוצים מאוד. מאידך, הגרמנים לא הצליחו למנוע את פינוי הכוחות הבריטיים ולא הצליחו לפגוע בכוחות הרבים שהתפנו משם. מפקד השייטת הגרמנית הודח מתפקידו; מטרתו הייתה לפגוע בשיירות ולא להסתבך בקרב עם אוניות מלחמה בריטיות, והוא חרג מתפקידו.
מבצע "ברלין".
מטרתן העיקרית של שרנהורסט וגניזנאו הייתה פשיטה על נתיבי הסחר הימי של בריטניה, במטרה לנתק אותה ממקורות האספקה והתגבורת שלה. לאחר שנורווגיה נכבשה יכול היה הצי הגרמני להחזיר אותן למשימה זו. בדצמבר 1940 החלו ההכנות ליציאתן לאוקיינוס האטלנטי. ב-28 בדצמבר נעשה ניסיון ראשון, אך סערה כבדה מנעה את יציאתן לים. ב-22 בינואר יצאו שוב שתי האוניות לים, למבצע "ברלין". על שתי האוניות פיקד אדמירל גונתר לוטינס (Günther Lütjens). לכוח הגרמני ניתנה הוראה להימנע ממגע עם אוניות מלחמה בריטיות ולהתמקד בתקיפת אוניות סוחר. האוניות הגרמניות נצפו כאשר עברו במיצר בין האיים הדניים זילנד ופין. הצי הבריטי הפליג בכוח גדול (שלוש אוניות מערכה, שמונה סיירות ואחת עשרה משחתות) כדי ללכוד את האוניות הגרמניות. מפקד הצי הבריטי, אדמירל ג'ון טובי, סבר שהאוניות הגרמניות ינסו לפרוץ לאוקיינוס האטלנטי בין איי פארו לאיסלנד, ולכן הפליג לשם. שרנהורסט וגנייזנאו אכן פנו לנתיב זה, אך ב-28 בינואר הבחינו בסיירת בריטית שסיירה שם, ומיהרו לפנות לנתיב אחר. ב-5 בפברואר עברו האוניות הגרמניות דרך מצר דנמרק (Denmark Strait), בין איסלנד לגרינלנד ונכנסו לאוקיינוס האטלנטי.
השיירה הראשונה שאותה ניסו האוניות הגרמניות לתקוף הייתה HX-108, שהפליגה מקנדה לבריטניה. ה"אחיות" זיהו את השיירה ב-8 בפברואר, במרחק של 28 ק"מ מהן. הכוח הגרמני ניגש לתקיפה, אך משהתקרבו אל השיירה הסתבר שבין אוניות המלחמה המלוות הייתה אוניית המערכה הבריטית אה"מ Ramilies. על פי הוראותיו, הורה לוטיינס לאוניות הגרמניות לנתק מגע. הוא חשש שהבריטים ידעו כעת ש"האחיות" נמצאות בים, אך בפועל הבריטים הבחינו רק באונייה אחת וטעו בזיהויה.
ב-22 בפברואר הוכיחו האוניות הגרמניות את כוחן. באותו יום יירטו שרנהורסט וגנייזנאו שיירה שהייתה בדרכה חזרה מבריטניה לארצות הברית, והטביעו חמש אוניות סוחר (בהן שתי מיכליות) בתפוסה של למעלה מ-25,000 טון.
ה"אחיות" המשיכו בדרכן, כשהן מתדלקות ממיכליות גרמניות שהמתינו להן. הן פעלו באזור שבו לא היה כיסוי אווירי בריטי, ולפיכך לא התגלו. הן המשיכו כעת דרומה, מתוך כוונה ליירט את השיירות הדרומיות, שהפליגו מבריטניה לגיברלטר ולפריטאון שבסיירה לאון. ב-6 במרץ הבחינו האוניות בשיירה נוספת, אך לאחר זמן קצר הסתבר שהשיירה מלווה, גם הפעם, באוניית מערכה. הפעם המדובר היה באוניית המערכה אה"מ "מלאיה" (Malaya); למרות שהייתה זו אוניית מערכה מיושנת, שהושקה ב-1915, העדיפו האוניות הגרמניות שלא להיכנס עמה לקרב. אולם, במקום זאת הן הודיעו לצוללות גרמניות שהפליגו בסביבה על מיקומה של השיירה. בלילה שבין 8 ל-9 במרץ תקפו הצוללות U-124 ו-U-105 את השיירה, הטביעו 6 אוניות סוחר ופגעו קשות ב"מלאיה".
ב-16 במרץ תקפו האוניות הגרמניות שש עשרה אוניות סוחר בריטיות ואחרות, בתפוסה כוללת של למעלה מ-80,000 טון; האוניות הוטבעו או נלכדו. לאחר הצלחה זו פנו האוניות הגרמניות לברסט, בצרפת. המטרה הייתה לאפשר לאוניות תיקונים דרושים, אך גם ליצור הסחה שתאפשר לסיירות הכבדות אדמירל היפר ואדמירל שר לעבור גם הן לאוקיינוס. כמו כן, אוניית המערכה ביסמרק והסיירת הכבדה פרינץ אויגן היו אמורות לצאת בתוך כמה שבועות לגיחה לאוקיינוס האטלנטי, וה"אחיות" היו אמורות להמתין להן בצרפת. אדמירל לוטיינס עצמו היה אמור לפקד על ביסמרק ופרינץ אויגן. ב-22 במרץ נכנסו שתי ה"אחיות" לברסט, לאחר שהשלימו מסע בן יותר מחודשיים ולמעלה מ-17,800 מיל ימי (קרוב ל-33,000 ק"מ), בו הטביעו ולכדו, יחד ולחוד, 22 אוניות בתפוסה של למעלה מ-113,000 טון.
השהייה בברסט ומבצע "קרברוס".
הפיקוד הגרמני תכנן להשתמש בברסט כנקודת יציאה לאוניות הגרמניות, שתוכלנה להצטרף לאוניות אחרות בים. אולם, המרחק הקצר מברסט לבריטניה הפך את שתי האוניות ליעד קל יחסית למפציצי חיל האוויר המלכותי. שמונה ימים לאחר שהגיעו לברסט הופצצו האוניות בפעם הראשונה (30 במרץ 1941); עשרות גיחות הפצצה נערכו נגד שתי האוניות, אך רובן לא השיגו את מטרתן.
ב-1 ביוני נכנסה לנמל ברסט הסיירת הכבדה פרינץ אויגן, לאחר שתקלה במנועיה הכריחה אותה לפנות לנמל. שרנהורסט עצמה סבלה מבעיות במנועיה, והתיקונים ארכו עד חודש יולי. לאחר סיום התיקונים יצאה האונייה לניסויי ירי ומנוע ליד לה רושל; שם נפגעה בפעם הראשונה מחמש פצצות חודרות שריון שהוטלו מהאוויר ונזקקה לתיקונים נוספים, שנמשכו עד דצמבר 1941.