Les deux navires étaient amarrés à Tarente dans la nuit du 11 au 12 novembre 1940, quand les Britanniques lancent une attaque contre la flotte italienne. Dans la bataille s'ensuivant, le "Caio Duilio" a été touché par une torpille et forcé de s'échouer pour ne pas sombrer. Le "Andrea Doria" n'a pas été endommagé dans le raid ; les réparations du "Caio Duilio" ont duré jusqu'en mai 1941. Les deux navires ont par la suite escorté des convois vers l'Afrique du Nord à la fin 1941, dont l'opération M42, où le "Andrea Doria" fut engagé le dans l'indécise première bataille de Syrte. Les pénuries de carburant réduisent davantage leur activité en 1942 et 1943 et les deux navires ont été internés à Malte à la suite de la capitulation de l'Italie en septembre 1943. L'Italie a été autorisée à conserver les deux cuirassés après la guerre, servant de navires-amiraux jusqu'au début des années 1950, quand ils ont été retirés du service actif. Les deux navires ont été démolis après 1956.