Graf Zeppelin thả neo tại Stettin vào mùa Hè năm 1941. Lưu ý đến mũi tàu được cải tiến kiểu " Đại Tây Dương", hai lỗ trống dành cho tháp pháo 15 cm (ngay bên dưới phía trước ống khói), các ăn-ten và đầu hai đường ray máy phóng trên sàn đáp.

Công việc chế tạo hai chiếc tàu sân bay cho Hải quân Đức đã bị thất thường ngay từ lúc khởi đầu do tình trạng thiếu hụt thợ hàn và việc cung ứng vật liệu bị chậm trễ. Công việc chế tạo chiếc Flugzeugträger B cuối cùng bị ngừng lại vào ngày 19 tháng 9 năm 1939 để dịch chuyển sự ưu tiên cho việc chế tạo tàu ngầm U-boat, do giờ đây Đức ở trong tình trạng chiến tranh với Anh và Pháp. Lườn tàu, vốn chỉ được hoàn tất cho đến sàn bọc thép, bị bỏ xó han rỉ trên ụ tàu cho đến ngày 28 tháng 2 năm 1940, khi Đô đốc Raeder ra lệnh tháo dỡ.[39]

Cùng lúc đó, việc Đức Quốc xã xâm chiếm Na Uy vào tháng 4 năm 1940 làm xói mòn cơ hội hoàn tất chiếc Flugzeugträger A (Graf Zeppelin). Hải quân Đức giờ đây phải chịu trách nhiệm phòng thủ bờ biển kéo dài của Na Uy cùng nhiều cơ sở cảng biển dọc theo đó; họ có nhu cầu khẩn cấp một số lượng lớn pháo phòng thủ duyên hải và pháo phòng không. Trong một cuộc hội nghị hải quân cùng với Hitler vào ngày 29 tháng 4 năm 1940, Đô đốc Raeder đề nghị tạm ngưng mọi hoạt động chế tạo Graf Zeppelin, tranh luận rằng ngay cả khi có thể đưa nó ra hoạt động vào cuối năm 1940, việc trang bị các khẩu pháo cho nó đòi hỏi thêm mười tháng hay hơn nữa, trong khi hệ thống kiểm soát hỏa lực nguyên thủy của nó đã được bán cho Liên Xô theo một thỏa thuận thương mại trước đó.[39] Hitler đồng ý cho ngừng việc chế tạo, cho phép Raeder tháo dỡ các khẩu pháo chính 15 cm của Graf Zeppelin để chuyển đến Na Uy. Trước đó, dàn pháp phòng không hạng nặng của chiếc tàu sân bay bao gồm 12 khẩu 10,5 cm đã được chuyển hướng đến các nơi cần thiết khác.[40]

Vào ngày 12 tháng 7 năm 1940, Graf Zeppelin được kéo từ Kiel đến Gotenhafen (Gdynia) và ở lại đó trong gần một năm. Ngay trước khi Đức Quốc xã tấn công Liên Xô vào tháng 6 năm 1941, chiếc tàu sân bay lại được di chuyển, lần này là đến Stettin, nhằm bảo vệ nó khỏi các cuộc không kích của Xô Viết. Đến tháng 11, quân đội Đức đã tiến sâu vào lãnh thổ Liên Xô loại trừ mọi mối đe dọa bị không kích, và Graf Zeppelin được kéo trở về Gotenhafen, nơi nó từng phục vụ một thời gian ngắn như một nhà kho nổi chứa gỗ cung cấp cho Hải quân.[41]

Vào lúc mà Đô đốc Raeder gặp gỡ Hitler cho một cuộc bàn luận chi tiết về chiến lược hải quân vào tháng 4 năm 1942, sự hữu ích của tàu sân bay trong chiến tranh hải quân hiện đại đã được minh họa đầu đủ. Tàu sân bay Anh Quốc đã đánh bại Hạm đội Ý trong trận Taranto vào tháng 11 năm 1940, làm hỏng nặng chiếc thiết giáp hạm Đức Bismarck vào tháng 5 năm 1941, và ngăn cản thiết giáp hạm Tirpitz tấn công hai đoàn tàu vận tải hướng sang Nga vào tháng 3 năm 1942. Rõ rệt nhất, một cuộc không kích bằng tàu sân bay của Nhật Bản nhắm vào Trân Châu Cảng đã tiêu diệt hạm đội thiết giáp hạm Hoa Kỳ vào tháng 12 năm 1941. Lo lắng cho việc bảo vệ trên không dành cho các đơn vị hạm tàu nổi hạng nặng của Hải quân Đức, Raeder thông báo cho Hitler rằng Graf Zeppelin có thể hoàn tất trong khoảng một năm, và thêm sáu tháng cho việc chạy thử máy ngoài biển và huấn luyện bay. Vào ngày 13 tháng 5 năm 1942, với sự chấp thuận của Hitler, Bộ chỉ huy Tối cao Hải quân Đức được lệnh tiếp tục chế tạo chiếc tàu sân bay.[42]

Nhưng những vấn đề về kỹ thuật tiếp tục tồn tại. Đô đốc Raeder muốn có các kiểu máy bay mới được thiết kế đặc biệt để sử dụng trên tàu sân bay. Thống chế Goering, người đứng đầu Không quân Đức, trả lời rằng nền công nghiệp hàng không Đức, vốn đã bị quá tải, không thể hoàn tất việc thiết kế, thử nghiệm và chế tạo hàng loạt một kiểu máy bay như vậy trước năm 1946. Thay vào đó, ông đề nghị cải biến những kiểu máy bay hiện có, một lần nữa lại là Junkers Ju 87 và Messerschmitt Bf 109, như những giải pháp trung gian cho đến khi có thể phát triển những kiểu mới hơn. Việc huấn luyện phi công hải quân tại Travemünde cũng tiếp nối trở lại.[42]

Phiên bản máy bay cải biến dành cho tàu sân bay nặng hơn so với kiểu căn bản đặt căn cứ trên đất liền, và điều này đòi hỏi một số cải biến so với thiết kế nguyên thủy của Graf Zeppelin: các máy phóng đang có cần được hiện đại hóa, các dây hãm cần có dây tời chắc chắn hơn; sàn đáp, thang nâng và hầm chứa máy bay cũng cần phải gia cường thêm.[43] Những thay đổi trong kỹ thuật hải quân buộc phải có các cải tiến khác: trang bị các bộ radar dò tìm không trung và ăn-ten của chúng; nâng cấp thiết bị liên lạc vô tuyến; một buồng chỉ huy máy bay tiêm kích bọc thép đặt trên cột buồm chính, khiến buộc phải gia cố cột buồm để chịu đựng trọng lượng nặng thêm; vỏ giáp bổ sung cho cầu tàu và trung tâm điều khiển hỏa lực; một nắp chụp cong dành cho ống khói nhằm giữ cho khói và hơi thoát ra không ảnh hưởng đến tháp chỉ huy; thay thế các khẩu đội phòng không 20 mm nòng đơn bằng các khẩu Flakvierling 38 bốn nòng, khiến phải gia tăng trữ lượng đạn dược cung cấp tương ứng; và các bầu bổ sung cả hai bên mạn của lườn tàu nhằm duy trì độ ổn định đối với trọng lượng tăng thêm.[8]

Bộ tham mưu Hải quân Đức hy vọng tất cả các thay đổi đó có thể hoàn tất vào tháng 4 năm 1943, và chiếc tàu sân bay có thể chạy thử máy ngoài biển lần đầu tiên vào tháng 8 cùng năm. Với mục đích đó, Kỹ sư trưởng Hadeler được tái bổ nhiệm vào việc giám sát sự hoàn tất của Graf Zeppelin. Kế hoạch của Hadeler dự định sẽ đưa hai trục chân vịt phía trong và hệ thống động lực tương ứng của chúng vào hoạt động trước, cho phép con tàu có được tốc độ ban đầu khoảng 25-26 knot (46–48 km/h), đủ nhanh để có thể chạy thử máy ngoài biển và tiến hành các hoạt động huấn luyện không quân. Người ta hy vọng chiếc tàu sân bay mới sẽ sẵn sàng chiến đấu vào mùa Đông năm 1943/1944.[42]

Trong đêm 27– 28 tháng 8 năm 1942, Graf Zeppelin chịu đựng đợt không kích duy nhất mà phe Đồng Minh đặc biệt nhắm vào nó hầu tiêu diệt. Chín máy bay ném bom Lancaster của Không quân Hoàng gia Anh thuộc các phi đội 106 và 97 được phái đến Gotenhafen, mỗi chiếc mang theo một quả bom "Capital Ship" duy nhất nặng 2.500 kg (5.500 lb) với một đầu đạn đặc biệt được dự định dành cho các mục tiêu bọc thép. Một phi công đã không tìm ra mục tiêu do bị sương mù che khuất, nên đã thả quả bom của mình vào vị trí dự đoán của thiết giáp hạm Gneisenau. Một người khác tin rằng mình đã đánh trúng quả bom trực tiếp vào chiếc Graf Zeppelin, nhưng không có ghi chép nào về hư hại của con tàu do bom đánh trúng vào đêm hôm đó.[44]

Vào ngày 5 tháng 12 năm 1942, Graf Zeppelin được kéo quay trở lại Kiel và được đặt vào một ụ tàu nổi. Cuối cùng dường như nó cũng được cho hoàn tất. Tuy nhiên, vào cuối tháng 1 năm 1943, Hitler trở nên mất niềm tin vào Hải quân Đức, đặc biệt là với những điều mà ông cho là sự thể hiện kém cõi của lực lượng tàu nổi, nên đã ra lệnh cho rút mọi tàu chiến lớn ra khỏi phục vụ và tháo dỡ. Đối với Đô đốc Raeder, người thường xuyên xung đột với Hitler về chiến lược hải quân, đây là một bước thụt lùi đầy choáng váng. Trong một bản ghi nhớ dài gửi cho Hitler, ông cho rằng mệnh lệnh mới là "một chiến thắng trên biển với giá hời nhất mà người Anh từng đạt được".[45] Raeder bị cách chức không lâu sau đó và được thay thế bởi nguyên Tư lệnh lực lượng tàu ngầm Karl Dönitz. Mặc dù sau cùng Đô đốc Dönitz cũng thuyết phục được Hitler rút lại hầu hết các mệnh lệnh, công việc chế tạo các hạm tàu nổi mới đều bị ngừng lại, kể cả những chiếc sắp hoàn thành, trong đó có Graf Zeppelin.[46] Đến ngày 2 tháng 2 năm 1943, công việc chế tạo chiếc tàu sân bay kết thúc vĩnh viễn.

Vào tháng 4 năm 1943, Graf Zeppelin được cho kéo về phía Đông, trước tiên là đến Gotenhafen, rồi đến một vũng tàu tại Swinemünde, và cuối cùng được cho neo đậu tại một bến tàu trên sông Parnitz, cách Stettin hai dặm. Tại đây, nó mòn mỏi chờ đợi trong hai năm tiếp theo với một thủy thủ đoàn bảo trì và canh giữ chỉ có 40 người.[47] Khi các lực lượng của Hồng quân tiến đến gần thành phố vào tháng 4 năm 1945, các van Kingston của con tàu được mở ra để làm ngập nước các khoang bên dưới, và nó mắc cạn xuống đáy bùn nông. Một đội công binh bao gồm mười người đã cài chất nổ bên trong con tàu nhằm tạo lỗ thủng và phá hủy các phần động cơ trọng yếu. Vào 18 giờ 00 ngày 25 tháng 4 năm 1945, khi quân Nga tiến vào Stettin, Trung tá Hải quân Wolfgang Kähler ra lệnh bằng vô tuyến cho đội công binh điểm hỏa các khối thuốc nổ. Khói bốc lên từ ống khói của con tàu xác nhận các khối thuốc nổ đã được kích nổ, khiến con tàu trở nên vô dụng đối với những chủ nhân mới của nó trong nhiều tháng tiếp theo sau.[45]