Hải quân Đức nhận thức được những giới hạn của lớp tàu này, nên trong chiến tranh họ chỉ sử dụng Deutschland thuần túy như những tàu cướp tàu buôn ngoài biển khơi. Vào những năm đầu của Trận Đại Tây Dương, tốc độ của lớp Deutschland nói chung đủ nhanh để chúng né tránh mọi cuộc đối đầu mà chúng không thích, và hỏa lực đủ mạnh để đánh bại mọi tàu chiến mà chúng muốn đương đầu; chúng được lệnh né tránh trận chiến trừ khi có được ưu thế áp đảo. Chỉ cho đến khi phe Đồng Minh lấp được khoảng trống trên không tại Bắc Đại Tây Dương, phát triển những thiết bị định vị vô tuyến tốt hơn, radar bước sóng centi-mét trang bị cho máy bay, và bố trí việc bảo vệ bằng tàu sân bay hộ tống cho các đoàn tàu vận tải; họ mới có khả năng vô hiệu hóa các hoạt động cướp tàu buôn của Deutschland.

Chiếc dẫn đầu của lớp, Deutschland, được đổi tên thành Lützow vào tháng 11 năm 1939 do sự suy luận mang tính biểu tượng nếu như một con tàu mang tên Deutschland (nước Đức) bị đánh chìm. Nó ở lại gần vùng biển nhà trong hầu hết cuộc chiến tranh, hoạt động tại vùng biển Baltic hỗ trợ binh lính Đức. Là một trong số hai tàu chiến hạng nặng Đức có mặt trong trận chiến biển Barents, nó không thể gây hư hại gì cho các tàu chiến Anh. Lützow sống sót cho đến những tuần lễ cuối cùng của chiến tranh.

Là con tàu cướp tàu buôn thành công nhất của lớp tàu này, Admiral Scheer thực hiện nhiều đợt đánh phá tại Bắc Đại Tây Dương cho đến tận Ấn Độ Dương. Vào tháng 11 năm 1940, nó đã đánh chìm tàu buôn tuần dương vũ trang HMS Jervis Bay cùng 17 tàu hàng sau khi bắt kịp đoàn tàu vận tải HX84. Đến năm 1945, đang khi neo đậu trong cảng Kiel, nó trúng bom trong một cuộc ném bom của Không quân Hoàng gia Anh, lật úp và chìm tại cảng này.

Admiral Graf Spee đã tiêu diệt được chín tàu buôn Anh với tải trọng tổng cộng 50.089 tấn trước khi bị ba tàu chiến Anh và khối Thịnh vượng chung hợp vây vào tháng 12 năm 1939. Trong trận River Plate diễn ra sau đó, nó gây hư hại cho tàu tuần dương hạng nặng HMS Exeter đến mức chiếc này phải rút khỏi trận chiến. Tuy nhiên, con tàu Đức cũng bị hư hại đáng kể phần cấu trúc thượng tầng, đạn pháo 8 inch của Anh đã không thể xuyên thủng vỏ giáp sàn tàu của nó. Sau khi trải qua nhiều ngày bị kẹt lại trong cảng Montevideo thuộc nước Uruguay trung lập, nhận được tin tức sai lầm về một lực lượng Hải quân Hoàng gia Anh vượt trội hơn đang đến gần, nó tự đánh đắm vào ngày 17 tháng 12 năm 1939 hơn là đối đầu với một đối phương áp đảo, nhằm để bảo toàn mạng sống cho thành viên thủy thủ đoàn. Vị chỉ huy của nó, Hans Langsdorff, tự sát ba ngày sau đó.