Karlsruhe deltog i det tyske angreb på Norge, som lederskib for ni krigsskibe i kampgruppe 4. Skibet havde til opgave at transportere soldater og sikre den tyske passage over Skagerrak om natten og tidlig om morgenen den 9. april 1940. Karlsruhe kom i kamp med kanonbatterierne på Odderøya fort, ved indsejlingen til Kristiansand. Tre gange forsøgte de tyske styrker at trænge ind i Kristiansandsfjorden og sætte tropper i land, men valgte at vende på grund af hård beskydning de første to gange. Det var en artilleriduell. Karlsruhe vendte sig om og fyrede en bredside mod fæstningen, indtil tåge begrænsede dens synlighed. Under ildskiftet flyttede det civile tyske fragtskib MS Seattle ind i skydezonen. Dette skib blev sat i brand og sank senere. Det tredje angrebsforsøg var vellykket. Dette skyldtes sandsynligvis et tysk signalflag blev forvekslet af nordmændene med det franske nationale flag. Da misforståelsen blev opdaget, var den tyske angrebsstyrke allerede inde i havnen.