Từ năm 1932 đến năm 1940, Hiei trở thành một tàu huấn luyện theo những điều khoản của Hiệp ước Hải quân London. Nó được tháo dỡ một phần vũ khí và vỏ giáp (tháp súng phía sau và vỏ giáp bên hông). Tốc độ của nó cũng bị giảm đi.

Sau khi được hiện đại hóa vào năm 1940, vũ khí và vỏ giáp được tái trang bị; và Hiei cũng được hiện đại hóa giống như những chiếc còn lại trong lớp Kongō, và lại trở thành một thiết giáp hạm. Hiei có nét độc đáo hơn những chiếc tàu chị em với nó, vì trong những năm trước chiến tranh, nó là chiếc tàu được Nhật hoàng Hirohito (Showa) chọn lựa để đi duyệt Hạm đội Liên Hợp trong các buổi duyệt binh. Nó còn được trang bị một thượng tầng kiến trúc và cột buồm hiện đại hơn, được lựa chọn để thử nghiệm thiết kế cột buồm mới dạng "tháp" mà sau này sẽ trở thành đặc trưng của lớp Yamato mới.[4]

Hiei đã đi cùng với Lực lượng Đặc nhiệm tàu sân bay trong cuộc tấn công vào hạm đội Mỹ tại Thái Bình Dương tại Trân Châu Cảng ngày 7 tháng 12 năm 1941; đã giúp đánh chìm chiếc tàu khu trục Edsall vào ngày 1 tháng 3 năm 1942; cùng với Lực lượng Đặc nhiệm tàu sân bay tham gia trận không kích Ấn Độ Dương chống Hạm đội Viễn Đông Anh Quốc trong tháng 4 năm 1942; hộ tống cho lực lượng đổ bộ trong trận Midway vào tháng 6 năm 1942, tham dự trận Đông Solomons vào tháng 8 năm 1942 và trận chiến quần đảo Santa Cruz vào tháng 10 năm 1942.

Trong trận hải chiến Guadalcanal vào ngày 13 tháng 11 năm 1942, Hiei đặt dưới quyền chỉ huy của Thuyền trưởng Nishida Masao và mang cờ hiệu của Phó đô đốc Abe Hiroaki, được giao nhiệm vụ cùng chiếc thiết giáp hạm Kirishima nhiệm vụ đánh phá sân bay Henderson nhằm vô hiệu hóa nó. Bị đánh chặn bởi một lực lượng đặc nhiệm tàu tuần dương Hoa Kỳ, nó trúng phải 30 phát đạn pháo 203 mm (8 inch) từ các tàu tuần dương San Francisco và Portland, cùng nhiều phát đạn 127 mm (5 inch) từ các tàu tuần dương phòng không và tàu khu trục. Hệ thống kiểm soát hỏa lực cho dàn pháo chính và pháo hạng hai của nó bị đánh hỏng, cấu trúc thượng tầng bị bốc cháy và 188 thành viên thủy thủ đoàn thiệt mạng. Quan trọng hơn cả là hệ thống lái của nó cũng bị hư hại khiến nó không thể rút lui trong đêm đó.

Từ tảng sáng, nó bị tấn công liên tục bởi máy bay ném ngư lôi Grumman Avenger TBF của Thủy quân Lục chiến cất cánh từ sân bay Henderson Field; những chiếc Avenger và máy bay ném bom bổ nhào Douglas Dauntless SBD từ tàu sân bay Enterprise, và máy bay ném bom B-17 Flying Fortress của Liên đội Ném bom hạng nặng 11 của Lục quân cất cánh từ Espiritu Santo. Hiei chịu đựng tổng cộng 70 đợt tấn công khi nó tìm các rút lui, và nó tiếp tục chịu thiệt hại bởi bom và ngư lôi đến mức phải ra lệnh bỏ tàu. Cuối cùng vẫn không rõ là nó đã chìm do các đợt không kích sau cùng hay do thủy thủ đoàn tự đánh đắm, vì không có tàu chiến Nhật hay Mỹ nào chứng kiến những giây phút sau cùng của nó.[4]