A "Gneisenau" a háború első felében jórészt a testvérhajójával együtt hajtott végre hadműveleteket, közte a brit kereskedelmi hajózás elleni portyákat az atlanti vizeken. Az első útjuk során egy rövid tűzharcban elsüllyesztették a brit "Rawalpindi" segédcirkálót. 1940 tavaszán részt vettek a Norvégia megszállását célzó Weserübung hadműveletben. A Norvégia előtti bevetés során a két hajó tűzharcot vívott a "Renown" csatacirkálóval, elsüllyesztették a "Glorious" repülőgép-hordozót és a kísérő rombolóit, majd később a "Gneisenau"t megtorpedózta a brit "Clyde" tengeralattjáró. 1941-ben az Atlanti-óceánon végrehajtott sikeres Berlin hadművelet után a két csatahajó a Bretagne-félszigeten lévő Brestben kötött ki, ahol folyamatos légitámadások célpontjaivá váltak. A "Gneisenau"t több találat is érte, de a sérüléseit kijavították.