如同其姊妹舰一样，卡尔斯鲁厄号在整个1930年代都被用作培训的教练船，并于1930年代后期的西班牙内战期间参与了。当第二次世界大战于1939年9月爆发时，该舰正在进行现代化改造，因此直至1940年4月才参加了入侵挪威的威悉演习行动。它搭载着地面部队在克里斯蒂安桑登陆，却在启程返回德国时遭到英国潜艇的袭击；共有两枚鱼雷命中该舰，造成严重损伤。由于无力返回港口，卡尔斯鲁厄号被其中一艘护航鱼雷艇凿沉。