Những chiếc trong lớp Nassau đã phục vụ như một đơn vị của Hạm đội Biển khơi Đức: Đội II thuộc Hải đội Thiết giáp I. Chúng đã tham gia một số hoạt động của Hạm đội tại Bắc Hải, bao gồm hoạt động vào ngày 31 tháng 5 năm 1916 vốn đã đưa đến trận Jutland. Các con tàu cũng có những hoạt động giới hạn trong biển Baltic, trong đó có Trận chiến vịnh Riga bị bỏ dỡ vào tháng 8 năm 1915.

Trận chiến vịnh Riga

Vào tháng 8 năm 1915, Hải quân Đức tìm cách quét sạch vịnh Riga tạo điều kiện cho Lục quân đức chiếm Riga. Kế hoạch của Đức dự định đánh đuổi hoặc tiêu diệt lực lượng Hải quân Nga trong vịnh, bao gồm chiếc thiết giáp hạm tiền-dreadnought Slava cùng một số pháo hạm và tàu khu trục, và để rải một loạt các bãi mìn ở lối ra vào phía Bắc của vịnh. Hạm đội được tập trung để tấn công bao gồm bốn thiết giáp hạm lớp Nassau, bốn chiếc lớp Helgoland cùng các tàu chiến-tuần dương Von der Tann, Moltke và Seydlitz. Tám chiếc thiết giáp hạm làm nhiệm vụ hỗ trợ cho lực lượng đối đầu cùng hạm đội Nga. Nỗ lực đầu tiên vào ngày 8 tháng 8 đã không thành công, vì đã mất quá lâu để dọn sạch các bãi mìn Nga nhằm cho phép Deutschland rải bãi mìn của chính nó.[17]

Vào ngày 16 tháng 8, một nỗ lực thứ hai được thực hiện nhằm tìm cách xâm nhập vào vịnh: Nassau và Posen cùng với bốn tàu tuần dương hạng nhẹ và 31 tàu phóng lôi đã vượt qua vòng phòng thủ vịnh.[18] Vào ngày tấn công đầu tiên, tàu quét mìn Đức T 46 cùng tàu khu trục V 99 bị đánh chìm. Sang ngày 17 tháng 8, Nassau và Posen tham gia vào cuộc đấu pháo với Slava, bắn trúng ba phát vào con tàu Nga buộc nó phải rút lui. Sau ba ngày, các bãi mìn Nga được vớt sạch, và phân hạm đội tiến vào vịnh ngày 19 tháng 8, nhưng những báo cáo về sự xuất hiện của tàu ngầm Đồng Minh trong khu vực đã buộc lực lượng Đức rút khỏi vịnh một ngày sau đó.[19]

Trận Jutland

Những chiếc trong lớp Nassau đã tham gia Trận Jutland vào ngày 31 tháng 5–1 tháng 6 năm 1916. Trong hầu hết thời gian của trận chiến, Hải đội Thiết giáp I hình thành nên phần trung tâm của hàng chiến trận, phía sau Hải đội Thiết giáp III dưới quyền Chuẩn Đô đốc Behncke, và được nối gót bởi các thiết giáp hạm tiền-dreadnought già cỗi thuộc Hải đội Thiết giáp II của Chuẩn Đô đốc Mauve. Posen đã phục vụ như là soái hạm của đội tàu dưới quyền chỉ huy của Chuẩn Đô đốc W. Engelhardt.[20]

Khoảng nữa đêm ngày 1 tháng 6, Nassau bắt gặp tàu khu trục Anh Spitfire, và trong cảnh hỗn loạn, đã tìm cách húc vào nó. Spitfire tìm cách né tránh, nhưng không thể cơ động đủ nhanh, và hai con tàu bị va chạm. Nassau ngắm các khẩu pháo 11 inch phía trước vào chiếc tàu khu trục, nhưng không thể hạ đủ thấp để bắn trúng; dù sao, vụ nổ của phát đạn pháo cũng phá hủy cầu tàu của Spitfire. Lúc đó, Spitfire có thể tách khỏi Nassau, mang theo nó một phần vách hông của Nassau dài 20 ft (6 m). Vụ va chạm làm hỏng một khẩu pháo 5,9 inch, để lại một lỗ hổng 3,5 m (11,5 ft) bên trên mực nước; làm chậm con tàu còn 15 knot cho đến khi nó có thể được sửa chữa.[21] Hầu như cùng lúc đó, Posen vô tình va phải tàu tuần dương hạng nhẹ Elbing làm thủng một lỗ bên dưới mực nước. Phòng động cơ của Elbing hoàn toàn ngập nước khiến nó không thể di chuyển; và bị hư hại nặng đến mức thuyền trưởng của Elbing phải ra lệnh đánh đánh đắm nó để không rơi vào tay người Anh.[22]

Không lâu sau 01 giờ 00, Nassau và Thüringen đụng độ với tàu tuần dương bọc thép Anh Black Prince. Thüringen khai hỏa trước tiên, phá hủy Black Prince với tổng cộng 27 quả đạn pháo hạng nặng và 24 quả đạn pháo hạng hai. Nassau và Ostfriesland tham gia sau đó, rồi được nối gót bởi Friedrich der Grosse.[23]

Black Prince trình bày một cảnh tượng khủng khiếp và kinh hãi khi nó bùng cháy dữ dội, và sau nhiều vụ nổ nhỏ, nó biến mất dưới làn nước cùng toàn bộ thủy thủ đoàn sau một tiếng nổ lớn.[23]

Xác con tàu đắm nằm ngay trên hướng đi của Nassau; để né tránh, con tàu phải bẻ lái gắt về phía Hải đội Thiết giáp III. Con tàu đã cần phải chạy lui hết tốc độ để tránh va chạm với Kaiserin. Sau đó Nassau tụt lại một vị trí phía sau giữa hai thiết giáp hạm tiền-dreadnought Hessen và Hannover.[23]

Sau khi quay về vùng biển nhà của Đức, Nassau, Posen và Westfalen cùng với những chiếc Helgoland và Thüringen thuộc lớp Helgoland chiếm lấy những vị trí phòng thủ tại vũng biển Jadebusen trong đêm.[24] Những chiếc thuộc lớp Nassau chỉ phải chịu một ít phát bắn trúng từ dàn hỏa lực hạng hai của Hạm đội Grand đối địch: Nassau trúng hai phát, Westfalen và Rheinland mỗi chiếc một, còn Posen thoát được tuyệt đối an toàn; không có chiếc nào trúng phải pháo hạng nặng của đối phương.[25]

Các hoạt động sau cùng

Không đầy ba tháng sau trận Jutland, Westfalen trúng ngư lôi phóng từ tàu ngầm Anh HMS E23 vào ngày 19 tháng 8 năm 1916, nhưng chỉ bị hư hại nhẹ và được sửa chữa không lâu sau đó.[26] Đến năm 1918, Westfalen và Rheinland được cho tách khỏi Hạm đội Biển khơi để di chuyển đến biển Baltic. Phần Lan đang trong một cuộc nổi dậy chống sự cai trị của Nga, và hai chiếc tàu chiến được phái đến trợ giúp người Phần Lan trong cuộc nội chiến tại đây.[26] Vào ngày 11 tháng 4 lúc vào khoảng 07 giờ 30 phút, Rheinland bị mắc cạn tại quần đảo Åland. Có đến khoảng 6.000 tấn pháo, vỏ giáp và than phải được chất dỡ để làm nhẹ con tàu đủ để nó có thể nổi trở lại được, một công việc chỉ hoàn tất vào ngày 9 tháng 7.[16] Rheinland không bao giờ được sửa chữa, nó trải qua phần còn lại của quãng đời hoạt động như một tàu trại lính tại Kiel.[26]

Sau khi Thế Chiến I kết thúc vào năm 1918, mười một thiết giáp hạm dreadnought thuộc các lớp König, Kaiser và Bayern, toàn bộ năm chiếc tàu chiến-tuần dương, cùng một số tàu tuần dương hạng nhẹ và tàu khu trục của Hải quân Đức bị lưu giữ tại Scapa Flow, trong khi số phận của chúng được định đoạt qua các cuộc thương lượng tại Hiệp ước Versailles.[27] Những chiếc thuộc các lớp Nassau và Helgoland được để lại Đức. Sau vụ Đánh đắm Hạm đội Đức tại Scapa Flow vào tháng 6 năm 1919, cả bốn chiếc Nassau đều được phân chia cho phe Đồng Minh thắng trận như những chiến lợi phẩm thay thế cho những con tàu bị đánh chìm.[26] Nassau được nhường cho Nhật Bản, Anh Quốc nhận Westfalen và Posen, còn Rheinland được đưa thẳng đến nơi tháo dỡ tại Dordrecht. Từ năm 1920 đến năm 1924, Westfalen được tháo dỡ tại Birkenhead trong khi những chiếc còn lại được tháo dỡ tại Dordrecht.[15]