Sammen med «Scharnhorst» deltok «Gneisenau» i Operasjon Weserübung, invasjonen av Norge i april 1940. De returnerte til Tyskland 11-12. april hvor «Gneisenau» ble reparert på grunn av skader den fikk i en trefning med slagkrysseren «Renown» den 9. april. I juni 1940 var de igjen i nordnorske farvann hvor de den 8. juni senket det britiske hangarskipet HMS «Glorious» som hadde evakuert allierte flystyrker fra Bardufoss flystasjon da den allierte ekspedisjonsstyrken trakk seg ut fra Narvik/Harstad-området. Den norske kongen, kronprinsen og regjeringen passerte dette slaget litt lengre ut til havs, uoppdaget, om bord i krysseren «Devonshire».