1942年6月两舰参与中途岛海战但未投入实战。陆奥号8月投身東所羅門海戰，1943年初回国，同年六月毁于弹药库爆炸。太平洋战争前两年长门号基本在本土水域训练，1943年中期转移到楚克群島，但直到1944年中期才在菲律賓海海戰投入实战，遭遇美国空袭。1944年10月，长门号的主炮在雷伊泰灣海戰首次向敌舰开火，期间只受轻伤，11月回国维修。日本海军此时燃料紧缺，认定已经没有必要全面修复长门号，将该舰改造成浮动防空平台，负责沿海防御。二战结束后，该舰在1946年中期的“十字路口行动”中充当核武器试验靶艇，第一次测试仅轻度受损，第二次测试时沉没。