Während die beiden zuletzt in Fernost gebauten Einheiten infolge ihrer späten Indienstnahme keine nennenswerten Einsätze sahen, verzeichneten die beiden im Schwarzen Meer eingesetzten Kreuzer – "Molotow" und "Woroschilow" – eine rege Einsatztätigkeit. Beide Schiffe unterstützten in der Anfangsphase des deutsch-sowjetischen Krieges die Verteidigung der wichtigen sowjetischen Stützpunkte Odessa und Sewastopol, dies sowohl durch Küstenbeschießungen als auch durch Nachschub- und Evakuierungsfahrten. Im späteren Kriegsverlauf griffen beide Kreuzer mit ihrer Artillerie mehrfach auch bei Landungsoperationen ein, so etwa bei der Kertsch-Feodossijaer Operation 1941/42, bei den Kämpfen um Kertsch im Frühjahr 1942 sowie während der Nordkaukasischen Operation 1943. Nachdem im Oktober 1943 deutsche Sturzbomber südöstlich der Halbinsel Krim drei sowjetische Zerstörer versenkt hatten, ordnete Josef Stalin an, dass Schiffe von der Zerstörergröße an aufwärts nur noch mit seiner direkten Genehmigung eingesetzt werden durften, worauf die beiden Schwarzmeerkreuzer nachfolgend bis Kriegsende keine weiteren Einsätze bestritten.