戦艦
これは戦艦の主砲は大口径砲にもかかわらず機動力に優れていること、敵の攻撃目標として目立つ巨大な艦体と攻撃に耐えしのぐだけの防御力を持ち合わせていること、対空砲火の威力を増したVT信管の発明などの理由がある。実例としては以下のようなものがある。
開戦当初、日本の機動部隊の護衛部隊の主力は高速の金剛型戦艦であった。その後、大戦後半からアメリカ機動部隊の防空用にアイオワ級戦艦を初めとする新型戦艦が投入され、防空任務に絶大な威力を発揮した。
マリアナ沖海戦において日本側は前衛部隊に4隻の戦艦を配置し、これによって敵攻撃隊の攻撃を吸収し、正規空母を含む本隊への被害を減じようと企図した。
真珠湾攻撃後の帰途に行われた、アメリカ軍ウェーク島基地に対する日本軍軽巡洋艦等による艦砲射撃
ガタルカナル戦における、戦艦金剛、榛名による飛行場への夜間砲撃
欧州戦線でのノルマンディー上陸作戦時や、太平洋戦線での硫黄島、沖縄攻略時などに実施された連合軍の艦砲射撃
大戦末期に釜石市や浜松市等に行われた、連合軍の夜間艦砲射撃
太平洋では戦場の主役が空母機動部隊となった一方で、欧州では戦力の不均衡や燃料の枯渇により戦艦が活用された作戦は少ない。ただし、ドイツ戦艦ティルピッツがノルウェーに在泊し、敵水上艦艇と一度も砲火を交えることなく連合軍の援ソ船団に圧力をかけ続けた例など、戦艦が抑止力としてある程度機能した。
第一次世界大戦では、当時世界第1位の戦艦・巡洋戦艦保有国家であるイギリスと、第2位のドイツが敵対した。大戦前からこの2国は激しい建艦競争を行っていた。だが戦艦・巡洋艦戦力で劣るドイツは艦隊保全を図ったため、大規模な海戦の機会はなかなか訪れなかった。ドイツのUボートによる通商破壊戦や、欧州から離れた戦線においてフォークランド沖海戦などの主力同士とは言い難い戦力での海戦が起きたのみであった。
1916年のユトランド沖海戦は、第一次世界大戦で最大、かつ唯一の本格的な主力艦同士の戦いであったものの、高速な巡洋戦艦同士の遊撃戦となり、主力の戦艦部隊が全力で交戦することなく終わった。英国艦隊は数的には優勢だったが、戦闘では英国巡洋戦艦「インヴィンシブル」(1908年竣工、17,373t、30.5cm砲8門)、「インディファティガブル」(1911年竣工、18,500t、30.5cm砲8門)、「クイーン・メリー」(1913年竣工、26,770t、34.
「ドレッドノート」完成のわずか6年後に、弩級戦艦を大きく上回る攻撃力を有するオライオン級戦艦(1912年、22,200t、34.3cm砲10門)がイギリスで誕生した。弩級戦艦より強力な火力を持つことから「超弩級戦艦」(super dreadnoughts)と呼ばれた(この新たな大口径主砲および中心軸上の砲塔配置を採用)。これにアメリカが35.6cm砲戦艦を、フランスが34cm砲戦艦を整備し、イギリスから巡洋戦艦「金剛」を購入した日本も以後は35.6cm砲戦艦「扶桑型」「伊勢型」を整備し始めて超弩級戦艦時代が到来した。
また、列強以外ではチリ海軍がアルゼンチン・ブラジルに先駆けて「金剛」と同じく35.6cm砲を搭載する戦艦「アルミランテ・ラトーレ級」2隻(1915年、28,600トン、35.6cm砲10門)を発注し差をつけた。また、ブラジルやギリシャやトルコも超弩級戦艦の建造を列強に発注するが資金難や大戦の勃発などの事情により建造依頼は取り消された。
こうした流れの中でも主砲の大口径化は進み、オライオン級の3年後には更に大口径の主砲を持つクイーン・エリザベス級(1915年、29,150t、38.1cm砲8門)がイギリスで完成。これ以降もより大きな艦体に、より大きな主砲を積む戦艦を建造する傾向が第一次大戦後にも続いた。これを「大艦巨砲主義」と呼び、日本の大和型(基準排水量:64,000t、46cm砲9門)がその頂点に達した。また英独日では、弩級戦艦や超弩級戦艦と同等の攻撃力を持つが軽防御高速力の巡洋戦艦も建造された。
戦艦の初期戦術は近距離戦であり、近距離戦に適した多数の副砲で敵艦上部構造へ榴弾を浴びせ戦闘力を奪いつつ、発射速度が劣る主砲はその間に水平射撃で舷側水線部の装甲を実体弾・徹甲榴弾で撃ち抜き大浸水・沈没をもたらす戦術であった。しかし戦艦の装甲の進歩は徹甲弾の貫通性の進歩に劣らなかったため、主砲弾が命中しても貫通を許さないことが多かった。
その後、主砲の発射速度と遠距離砲撃能力の向上に伴い、優速の艦隊の単縦陣を組むことにより、遠距離から短時間で多数の主砲弾を敵艦へ命中させることが可能となった。
日露戦争は鋼鉄艦同士による初めての本格的な海戦がほぼ遠距離戦で行われた。最大の海戦だった日本海海戦では優位な位置を占めて並航した日本海軍戦艦は遠距離戦による激しい砲撃戦の開始直後から多数の主砲弾をロシア戦艦へ命中させた。ロシア戦艦は舷側水線部を撃ち抜かれ予測に反し浸水による沈没が相次いだ。加えて、日本海軍は戦艦の主砲で遠距離から合わせて榴弾も射撃し敵艦の上部構造を破壊し急速に無力化する戦術も採用した。沈没を免れたロシア戦艦も戦闘力を喪失しており最終的に全て降伏した。
列強は日露戦争の戦訓を取り入れ、主砲の遠距離攻撃力を重視する戦艦の改良を図った。この戦訓を最も早く取り入れた英国は、従来艦の倍以上の主砲を片舷に指向できる戦艦ドレッドノート(Dreadnought)を日本海海戦の翌年に竣工させた。