Trong số mười bốn chiếc được hoàn tất, mười hai chiếc đã được hạ thủy trước khi Nhật Bản đầu hàng vào ngày 2 tháng 9 năm 1945, cho dù chỉ có bảy chiếc tham chiến tại Mặt trận Thái Bình Dương và một chiếc tại Mặt trận Tây Âu; những chiếc khác vẫn còn đang hoàn tất việc chạy thử máy vào những ngày cuối cùng của chiến tranh. Đến năm 1947, mười chiếc thuộc lớp Baltimore được cho ngừng hoạt động và đưa về lực lượng dự bị, chỉ để lại bốn chiếc hoạt động thường trực. Tuy nhiên, vào đầu những năm 1950, sáu chiếc được cho tái hoạt động, đưa tổng cộng lên mười chiếc sẵn sàng, do những diễn biến của cuộc Chiến tranh Triều Tiên. Sáu chiếc được sử dụng vào các nhiệm vụ hộ tống và bắn phá bờ biển tại Triều Tiên, trong khi bốn chiếc kia tăng cường cho các hạm đội tại các khu vực khác trên thế giới. Bốn chiếc còn lại không được sử dụng: Fall River không bao giờ tái hoạt động, Boston và Canberra được tái trang bị như tàu tuần dương tên lửa điều khiển lớp Boston cùng Chicago được tái hoạt động sau khi được cải biến thành lớp Albany.

Sau Chiến tranh Triều Tiên, bắt đầu từ năm 1954, lớp Baltimore lần lượt được cho ngừng hoạt động. Đến năm 1963, chỉ còn lại một chiếc không cải biến duy nhất, Saint Paul (CA-73), còn hoạt động thường trực và đã phục vụ trong Chiến tranh Việt Nam; cuối cùng nó cũng ngừng hoạt động vào năm 1971. Tất cả mười bốn chiếc lớp Baltimore đều bị bán để tháo dỡ, trong đó Chicago là chiếc cuối cùng bị tháo dỡ vào năm 1991.

Hư hại và tổn thất

Trong Thế Chiến II, chỉ có Canberra bị hư hỏng do hỏa lực đối phương, khi nó bị bắn trúng một quả ngư lôi hơi nén vào ngày 13 tháng 10 năm 1944, làm thiệt mạng 23 người trong phòng động cơ. Một năm sau, việc sửa chữa hoàn tất tại Xưởng hải quân Boston và nó được phân về Hạm đội Đại Tây Dương. Vào tháng 6 năm 1945, Pittsburgh bị mất toàn bộ mũi tàu sau một cơn bão, nhưng không có thương vong; nó phải vượt qua sức gió lên đến 70 knot (130 km/h) để đi đến Guam, nơi nó được sửa chữa tạm thời trước khi quay về Xưởng hải quân Puget Sound để đại tu toàn bộ.

Trong Chiến tranh Triều Tiên, một đám cháy ở tháp pháo phía trước vào ngày 12 tháng 4 năm 1952 đã làm thiệt mạng 30 người trên chiếc St Paul. Sau đó vào năm 1953, chính con tàu này lại bị pháo phòng thủ duyên hải bắn trúng, lần này không có thương vong cho thủy thủ đoàn. Helena vào năm 1951 và Los Angeles vào năm 1953 cũng bị pháo phòng thủ duyên hải bắn trúng nhưng không chịu tổn thất nào.

Vào tháng 6 năm 1968, Boston cùng với tàu tuần dương Úc tháp tùng HMAS Hobart trở thành nạn nhân của một vụ bắn nhầm khi máy bay của Không lực Hoa Kỳ nhầm lẫn chúng như những mục tiêu đối phương và phóng tên lửa AIM-7 Sparrow tấn công. Chỉ có Hobart bị hư hỏng đáng kể; mặc dù Boston cũng bị bắn trúng, đầu đạn của quả tên lửa bắn trúng đã không phát nổ.

Tái trang bị (lớp Albany và Boston)

Vào nữa cuối những năm 1940, Hải quân Mỹ bắt đầu có kế hoạch trang bị tên lửa cho tàu chiến. Vào năm 1946, thiết giáp hạm Mississippi và đến năm 1948 chiếc tàu chở thủy phi cơ USS Norton Sound được cải biến nhằm thử nghiệm ý tưởng này. Cùng với các vũ khí khác, cả hai đều được trang bị tên lửa đất-đối-không RIM-2 Terrier, và sau năm 1952 kiểu vũ khí này cũng được trang bị cho loạt tàu tuần dương tên lửa điều khiển đầu tiên. Hai tàu tuần dương lớp Baltimore được tái trang bị trong loạt thứ nhất này, Boston và Canberra; chúng trở thành những tàu tuần dương tên lửa điều khiển hoạt động đầu tiên trên thế giới. Hai con tàu được xếp loại lại thành lớp Boston, và quay trở lại phục vụ lần lượt vào năm 1955 và 1956 tương ứng với ký hiệu lườn mới CAG-1 và CAG-2; ký tự "G" để chỉ tên lửa điều khiển ("guided missile") trong khi ký tự "A" vẫn còn vì chúng vẫn giữ lại các khẩu pháo hạng nặng làm vũ khí.

Trong những năm tiếp theo sau, sáu tàu tuần dương hạng nhẹ lớp Cleveland được cải biến để trang bị tên lửa điều khiển; và vào năm 1957, đã hoàn tất chiếc tàu tuần dương tên lửa điều khiển đầu tiên được thiết kế từ đầu: Long Beach. Những con tàu khác tiếp tục được cải biến, nên bắt đầu từ năm 1958, hai tàu tuần dương lớp Baltimore Chicago và Columbus, cùng một chiếc lớp Oregon City là Albany được cải biến thành một lớp mới: lớp Albany. Chúng được đưa trở lại hoạt động vào năm 1962 và 1964. Hai tàu tuần dương khác được vạch kế hoạch cải biến thành lớp Albany: Bremerton thuộc lớp Baltimore và một chiếc nữa thuộc lớp Oregon City: Rochester, nhưng việc cải biến này bị hủy bỏ do những cân nhắc về tài chính. Tương phản với việc tái trang bị lớp Boston, việc cải biến lớp Albany đòi hỏi phải tái cấu trúc toàn bộ. Toàn bộ các hệ thống vũ khí lẫn cấu trúc thượng tầng đều phải được tháo dỡ thay thế bằng kiểu mới, vốn giải thích chi phí cao cho việc tái trang bị: 175 triệu Đô-la mỗi chiếc. Vì không còn bất kỳ cỡ pháo nòng lớn nào được sử dụng, lớp Albany được mang ký hiệu lườn CG.