След ремонт, продължил до юли 1940 г., по време на който „Аякс“ също така е оборудван с радар тип 279, крайцерът е преместен в Средиземно море. На 11 октомври корабът влиза в сблъсък с италианските сили край нос Пасеро (виж битка при нос Пасеро), където потопява торпедните катери „Аироне“ и „Ариел“, и тежко поврежда разрушителя „Артилиере“, който по-късно е потопен от „Йорк“. По-късно, крайцерът взима участие в битката при Таранто. „Аякс“ е един от ескортните съдове при тази успешна операция, която е първата изцяло въздушна атака над морски сили в историята. Корабът участва и в битката при Матапан, където на 21 май е уцелен от бомби от Юнкерс 87. До 29 май, крайцерът евакуира голям брой войници след битката за Крит. После участва в операциите в Сирия през юни, а през ноември 1941 г. се присъединява към Съединение „К“ в Малта, откъдето е изтеглен обратно през февруари 1942 г.