Os dois navios entraram em serviço no meio da Primeira Guerra Mundial e ficaram baseados em Tarento junto com o restante da frota italiana até o fim do conflito. Ambos se envolveram no Incidente de Corfu em 1923. Suas modernizações foram finalizadas pouco depois da Itália entrar na Segunda Guerra Mundial. O "Duilio" foi danificado na Batalha de Tarento, mas o "Andrea Doria" escapou sem ser acertado. Os dois também estavam presentes na Primeira Batalha de Sirte, porém apenas o "Andrea Doria" atacou as forças inimigas. Os dois couraçados sobreviveram a guerra e foram os únicos que os Aliados permitiram que a Itália mantivesse em sua frota depois do fim das hostilidades. Eles serviram como navios de treinamento por mais uma década até serem desmontados em meados da década de 1950.