"Niels Juel" hejste kommando i maj 1923 og blev flittigt benyttet, blandt andet som kongeskib på rejser til Finland, Færøerne og Island. I 1931 var det i rollen som kadetskib det første danske krigsskib i Sortehavet, hvor det anløb Odessa. I starten af 1930'erne udgik "Herluf Trolle" og "Olfert Fischer" af aktiv tjeneste, og det stod hurtigt klart, at der ikke ville blive bevilget penge til nye store skibe. I stedet blev "Niels Juel" moderniseret i 1935-36, blandt andet med nyt ildledelsessystem og ekstra antiluftskyts. Da 2. verdenskrig brød ud i 1939 var det alene op til "Niels Juel" og "Peder Skram" at yde artilleristøtte til de danske minespærringer i neutralitetsforsvaret. Da Danmark blev besat 9. april 1940, lå "Niels Juel" inaktiv på Holmen med stærkt reduceret besætning på grund af issituationen. Steensen skriver, at 3-4 af dets kanoner faktisk kunne have beskudt de tyske skibe, der lagde til kaj ved Langelinie. Der blev imidlertid ikke gjort forsøg på at bemande dem. Under besættelsen var skibet henvist til sejlads i de indre farvande, blandt andet Isefjorden. Da det danske militær blev afvæbnet 29. august 1943, lå "Niels Juel" i Isefjorden. Skibet forsøgte at komme til Sverige, men blev bombet af tyske fly, og blev i stedet sat på grund, med åbne søventiler. Den tyske Kriegsmarine overtog skibet og satte det i 1944 i tjeneste under navnet "Nordland". I tysk tjeneste fungerede det også som skoleskib, ind til det blev sænket i Egernførde Fjord efter et flyangreb 3. maj 1945. Vraget ligger der stadig, på omkring 30 m vand.