גם בזירות ימיות אחרות של המלחמה לא התרחשו קרבות מכריעים בין אוניות מערכה. בים השחור היו רק היתקלויות משניות בין הצי הרוסי והצי הטורקי; בים הבלטי הצטמצם השימוש בהן לליווי שיירות. בים האדריאטי היה המצב דומה לזה שבים הצפוני; הצי האוסטרו-הונגרי מצא עצמו לכוד בנמליו מול צי בריטי-צרפתי. בים האגאי שימשו אוניות המערכה כתמיכה לנחיתה בגליפולי.
במלחמה התגלתה פגיעותן של אוניות המערכה לצוללות, לטורפדו, ולמוקשים ימיים. בתקרית 22 בספטמבר 1914 הטביעה הצוללת הגרמנית U-9 שלוש סיירות משוריינות בריטיות בתוך כשעה; חודש לאחר מכן, ב-27 באוקטובר טובעה אוניית המערכה הבריטית החדישה Audacious על ידי מוקש ימי. חשיבותן של צוללות ומשחתות בקרבות הימיים גדלה והלכה במהלך המלחמה.
על פי תנאי שביתת הנשק בסיום המלחמה נדרשו הגרמנים להעביר את כל אוניות הצי שלהם למעצר בנמל הבריטי סקפה פלו (Scapa Flow) בסקוטלנד. הצוותים הגרמניים חשו שמכיוון שלא הפסידו בקרב, אין צדק בדרישת הבריטים לזכות באוניותיהם. לפיכך, הטביעו הצוותים הגרמניים בעצמם את אוניותיהם ב-21 ביוני 1919, בעודם במעצר בסקפה פלו.
בין שתי מלחמות העולם.
מרוץ החימוש לקראת המלחמה.
כלקח ממרוץ החימוש שהיה אחד מן הזרזים לפרוץ המלחמה, החליטו המעצמות הגדולות על יצירת מנגנונים שימנעו מרוץ חימוש כזה. המנגנון הראשון היה אמנת וושינגטון, שנחתמה ב–6 בפברואר 1922. האמנה נחתמה בידי חמש המעצמות הימיות הגדולות בעולם אז: ארצות הברית, בריטניה, יפן, צרפת ואיטליה; גרמניה לא נכללה באמנה, שכן במסגרת חוזה ורסאי שנחתם עימה לאחר המלחמה נאסר עליה להחזיק כלל באוניות מערכה. שאר המדינות שחתמו על האמנה קיבלו על עצמן לשמור על צייהן בגודל מסוים, יחסית לציים האחרים, ולא לבנות אוניות מערכה מעל הדחק מסוים ובעלות חימוש מעל גודל מסוים. ההסכם חודש מדי כמה שנים: בוועידת ז'נבה, שהתקיימה ב-1927; באמנת לונדון, שנחתמה ב-1930; בוועידת ז'נבה השנייה, שנחתמה ב-1932; ולבסוף, באמנת לונדון השנייה, שנחתמה ב-1936. באותה שנה הודיעה יפן שלא תקבל יותר את תנאי האמנה, ואילו איטליה הפרה אותה בסתר. גרמניה החלה כבר בבנייה מחודשת של הצי, לאחר שהיטלר הודיע רשמית שגרמניה אינה מקבלת יותר את תנאי חוזה ורסאי. האמנות התבטלו רשמית עם פרוץ מלחמת העולם השנייה, אך הייתה להן השפעה לא מועטה. ראשית, האמנות הגדירו את ההבדלים בין סוגי אוניות המלחמה, והגדרות אלה התקבלו ונוהגות עד היום; ושנית, ההסכמים הגבילו מאוד את בניית אוניות המערכה; בעשרים השנים שחלפו בין 1919 ל-1939 הושקו פחות אוניות מערכה מאשר בתשע השנים שבין 1905 ל-1914. האוניות שהושקו תחת הגבלות ההסכמים נקראו אוניות מערכה של אמנה (Treaty Battelships).
עליית הכוח האווירי.
מטוסים תפסו חלק גדל והולך בלוחמה במהלך מלחמת העולם הראשונה. אף על פי שהמטוסים עדיין היו מדגמים ראשוניים, בסוף המלחמה כבר היו מטוסים שהיו יכולים לבצע התקפת טורפדו מוצלחת על אונייה.
בשנות ה-20 של המאה ה-20 התנהל ויכוח חריף בצמרת הממסד הצבאי בארצות הברית: בילי מיטשל שהיה מחלוצי הכוח האווירי של ארצות הברית, האמין בכל מאודו שפיתוח חילות האוויר ברחבי העולם הפך את ציי אוניות המערכה למיושנות. הוא טען בפני ועדת חקירה של הקונגרס כי אלף מפציצים יעלו כמחירה של אוניית מערכה אחת, וכי די בטייסת אחת של מטוסים כאלה כדי להטביע אונייה מסוג זה. ראשי הצי רתחו מכעס לשמע הטענות; בניסויים שנערכו ב-1921 הצליחו מטוסיו של מיטשל להטביע מספר אוניות שהוצבו כמטרה, ובהן אוניית פרה-דרדנוט אמריקנית ואוניית מערכה גרמנית (שנלקחה כשלל). ואולם, למרות ההצלחה הברורה לכאורה לא השתכנעו ראשי הצי. האוניות שהוטבעו היו פסיביות, לא חמקו מהמטוסים ולא ירו לעברם. כמו כן, לא פעלו על האוניות צוותי בקרת נזקים, שהיו יכולים למנוע את ההטבעה. תוצאה נוספת שמיטשל לא ציפה לה הייתה חיזוק זרוע האוויר של הצי, על נושאות המטוסים החדשות.
שדרוג והתחדשות.
האמנות וההסכמים לצמצום החימוש לא אסרו על שדרוג וחידוש האוניות הקיימות, וצי ארצות הברית, הצי הבריטי והצי הקיסרי היפני אכן פעלו בדרך זו. אמצעי התצפית על אוניות המערכה שופרו, השריון על הסיפון העליון חוזק כנגד אש תלולת מסלול והתקפות מן האוויר, ונוספו תותחי נ"מ. מבני הגשר שופרו, והמיגון כנגד טורפדו שונה וחוזק. לאוניות נוספו גם מתקני מכ"ם, טכנולוגיה חדשה באותם ימים.
למרות החידושים הללו, לא עלה קצב ייצורן של אוניות מערכה חדשות, גם כאשר התברר, במהלך שנות ה-30 של המאה ה-20, שמלחמה חדשה הולכת ומתקרבת. זאת, מכמה סיבות: המורטוריום על בניית אוניות מערכה שהוטל בשנות העשרים, בשל האמנות על צמצום בנייתן, הביא לכך שהמספנות שעסוק בבניית אוניות ענק אלו צומצמו, וכושר הבנייה שלהן ירד; שנית, בנייתם של מפציצים יצרה דרך חדשה להפעלת כוח בטווח רחוק, דבר שצמצם את הצורך באוניות מערכה; ושלישית, הופעתן של נושאות המטוסים יצרה לאוניות המערכה מתחרות על המשאבים והאמצעים הדרושים לבנייתן. עם זאת, נבנו אוניות מערכה חדשות, מן המפורסמות ביותר: "ביסמרק" בגרמניה, "פרינס אוף ויילס" בבריטניה, סדרת "איווה" בארצות הברית ו"יאמטו" ביפן. רוב אוניות המערכה שנבנו במלחמת העולם השנייה היו דומות: היו להן שלושה צריחי תותחים (שניים בקדמת האונייה ואחד בירכתיה), בעלי קוטר של 14 עד 18 אינץ' (356 – 406 מ"מ), עם שניים או שלושה תותחים בכל צריח. מעבר לתותחים אלו, נשאו האוניות סוללות של חימוש משני בקוטר 4 עד 6 אינץ' (100 –152 מ"מ).
מלחמת העולם השנייה.
תחילת המלחמה.
בשלבים הראשונים של קרב השיירות באוקיינוס האטלנטי איימו אוניות השטח של הצי הגרמני על השיירות. הצי הבריטי נאלץ לחלק את כוחו בין ההגנה על השיירות עצמן, לבין חיפוש האוניות הגרמניות וניסיון להשמידן. האוניות הגרמניות רשמו הצלחות בתחילת המלחמה: אוניות המערכה (לתפיסת הגרמנים; הבריטים הגדירו אותן כסיירות כבדות) "שרנהורסט" (Scharnhorst) ו"גנייזנאו" (Gneisenau) הפתיעו והטביעו את נושאת המטוסים הבריטית "גלוריוס" (HMS Glorius) ממערב לנורווגיה ביוני 1940. בגיחה לאוקיינוס האטלנטי הטביעו שתי הספינות הגרמניות 22 אוניות סוחר.
ב-24 במאי 1941 הטביעה אוניית המערכה הגרמנית, "ביסמרק", את סיירת המערכה הבריטית "הוּד". "ביסמרק" הייתה בדרכה לאוקיינוס האטלנטי, כדי לפגוע בשיירות. הצי הבריטי רדף אחרי ה"ביסמרק". תקיפה אווירית של מטוסים דו-כנפיים שהמריאו מנושאת המטוסים "ארק רויאל" (HMS Ark Royal) גרמה ל"ביסמרק" נזק במערכת ההיגוי שלה ומנעה ממנה להגיע לנמל מבטחים בצרפת; ואולם, במקום להמשיך בתקיפות אוויריות, הגיעו אוניות מערכה בריטיות, עם סיירות ומשחתות, וב-27 במאי הטביעו אותה לאחר קרב שנמשך 88 דקות. צוות ה"ביסמרק" טען שהם עצמם הטביעו את האונייה כדי למנוע את לכידתה, דבר שהוביל לוויכוח שנמשך שנים רבות.
אוניות מערכה היו מעורבות גם בקרב על השליטה בים התיכון. בקרב טאראנטו, ב-12 בנובמבר 1940 הטביעו מטוסי "פיירי סורדפיש" את הצי האיטלקי בבסיסו בטאראנטו. במחיר של שני מטוסים שהופלו, הצליחו הבריטים להטביע אוניית מערכה אחת והוציאו משימוש שתיים נוספות. הצלחתה של תקיפה זו – הראשונה מסוגה – סיפקה לצי היפני את ההשראה למתקפה האווירית על פרל הארבור, שבתכנונה הוחל שלושה חודשים מאוחר יותר. בקרב כף מטאפאן ב-27 – 29 במרץ 1941 הושמדו שלוש סיירות כבדות של הצי האיטלקי בקרב עם כוח של אוניות מערכה בריטיות ליד כרתים.
ירידת קרנה של אוניית המערכה.
אולם הטכנולוגיה החלה גוברת על אוניית המערכה. תותחיה הגדולים של אוניית המערכה היו יכולים לירות לטווח של כ-50 קילומטר; אך מטוסיה של נושאת המטוסים היו יכולים לתקוף מטרות שהיו מרוחקות מאות קילומטרים, תקיפות שנעשו מדויקות יותר ויותר בעזרת המכ"ם ההולך ומתפתח. "ביסמרק" נפגעה פגיעה אנושה על ידי מטוסי "סורדפיש" מיושנים; אוניית המערכה הרוסית "פטרופבלובסק" ואוניית המערכה האיטלקית "רומא" הוטבעו בהתקפות אוויר גרמניות ("רומא" הותקפה לאחר כניעת איטליה לבעלות הברית); ומטוסים יפניים הטביעו את אוניית המערכה הבריטית "פרינס אוף ויילס" ואת סיירת המערכה "ריפלס" (Repulse) שנלוותה אליה.
בזירה האירופית, השתתפו אוניות מערכה בנחיתה בחוף נורמנדי ככוח מסייע; בזכות עוצמת האש האדירה של תותחיהן הן היו יעילות מאוד בהפגזת החופים, הביצורים הגרמניים, תותחי החוף, ואף ריכוזי שריון, חיל רגלים, ותחנות רכבת. אוניות המערכה סייעו גם כפלטפורמות לנשק נ"מ, והדפו גם התקפות של משחתות וספינות טורפדו גרמניות.
בהתקפה היפנית על פרל הארבור הוטבעו רוב אוניות המערכה של צי האוקיינוס השקט של ארצות הברית. אולם, שלוש נושאות המטוסים של צי האוקיינוס השקט – "יורקטאון", "לקסינגטון", ו"אנטרפרייז" – לא היו בנמל בעת ההתקפה ולא נפגעו. שישה חודשים לאחר מכן היוו שתיים מנושאות המטוסים הללו ("יורקטאון" ו"אנטרפרייז"; "לקסינגטון" אבדה בקרב ים האלמוגים), יחד עם נושאת רביעית, ה"הורנט", את עיקרו של הכוח הימי שהביס את הצי היפני בקרב מידווי והיה נקודת המפנה במלחמה.