Vào ngày 30 tháng 8 năm 1945, sau khi Nhật Bản đầu hàng, Nagato là chiếc thiết giáp hạm Nhật Bản duy nhất còn sống sót. Các thủy thủ Mỹ từ chiếc USS Horace A. Bass (LPR-124) đã chiếm giữ và điều khiển con tàu.

Vào tháng 3 năm 1946, nó được mang đến đảo san hô Bikini để tham gia chiến dịch Crossroads, một loạt các thử nghiệm bom nguyên tử. Trên chuyến hải hành cuối cùng này, nó được chỉ huy bởi Thuyền trưởng W. J. Whipple và một thủy thủ đoàn Hải quân Hoa Kỳ khoảng 180 người. Nó đang ở trong tình trạng rất kém đến mức nó phải được kéo vào đảo san hô Eniwetok để được sửa chữa khẩn cấp.

Trong thử nghiệm thứ nhất mang tên Able, một vụ nổ nguyên tử trên không trung vào ngày 1 tháng 7 năm 1946, nó ở cách tâm vụ nổ khoảng 1.500 m (1.640 yard) và chỉ bị thiệt hại nhẹ. Tuy nhiên, trong thử nghiệm thứ hai mang tên Baker, một vụ nổ dưới nước vào ngày 25 tháng 7 năm 1946, nó bị hư hỏng nặng, và sau đó bị lật úp và chìm năm ngày sau đó.