Kurz nach seiner Indienststellung führte der Kreuzer anlässlich der Olympischen Sommerspiele in Tokio in der zweiten Jahreshälfte 1964 mit Kadetten der Accademia Navale eine Ausbildungsfahrt in den Fernen Osten durch, im folgenden Jahr dann eine weitere längere Fahrt nach Südamerika. In den Jahren danach nahm es als Flaggschiff der 1. Marinedivision in La Spezia an zahlreichen nationalen und internationalen Übungen teil. In La Spezia landete 1967 auf ihrem achteren Flugdeck versuchsweise ein Hawker Siddeley Harrier der britischen Royal Navy. 1973 übernahm sie aus technischen Gründen nochmals kurz die Rolle eines Schulschiffs für die Kadetten der Marineakademie. Von 1976 bis 1978 folgten verschiedene Modernisierungsarbeiten. 1979 operierte die "Andrea Doria" mit zwei weiteren italienischen Schiffen im Rahmen der „8º Gruppo navale“ im Südchinesischen Meer, wo zahlreiche Boatpeople gerettet werden konnten. In den 1980er-Jahren operierte sie als Teil der 2. Marinedivision von Tarent aus. 1984 unterstützte sie ein italienisches Truppenkontingent im Libanon. 1986 nahm sie wegen der Libyen-Krise an der italienischen Operation „Girasole“ teil, die der Abschreckung und der Sicherung des See- und Luftraumes im zentralen Mittelmeer diente. Der Kreuzer "Andrea Doria" wurde am 30. September 1992 in Tarent außer Dienst gestellt. Das Schiff wurde 2001 in Neapel abgewrackt.