El "Gneisenau" i el "Scharnhorst" van operar junts durant gran part de la Segona Guerra Mundial, duent a terme principalment incursions a l'Atlàntic per fer ràtzies contra les naus mercants aliades. A la seva primera operació, el "Gneisenau" enfonsà el creuer auxiliar britànic "HMS Rawalpindi" en un ràpid enfrontament. Més tard les dues naus participaren en l"'Operació Weserübung", la invasió alemanya de DInamarca i Noruega. Durant el curs d'aquesta campanya els creuers s'enfrontaren breument contra el creuer de batalla britànic "HMS Renown", i més tard enfonsaren el portaavions "HMS Glorious" junt amb els seus destructors escorta "Acasta" i "Ardent". El "Gneisenau" va ser danyat pel "Renown" i més tard torpedinat pel submarí anglès HMS Clyde prop de Noruega. Després d'una reeixida incursió a l'Atlàntic amb l'Operació Berlín al 1941, els dos germans foren ancorats a Brest, on foren bombardejats múltiples cops per la RAF. El "Gneisenau" fou tocat per diverses bombes, però va ser ràpidament reparat.