Het schip heeft uitgebreide dienst gehad in de Tweede Wereldoorlog, waarin Italië in juni 1940 is toegetreden. Ze opereerde vaak tegen Britse konvooien naar Malta in de Middellandse Zee, en na het begin van de Noord-Afrikaanse campagne, begeleidde ze Italiaanse konvooien om de Italiaans-Duitse troepen te ondersteunen die daar vochten. Tijdens deze operaties nam ze deel aan de veldslagen bij Calabrië, Kaap Spartivento en de Eerste
en Tweede Sirte. De Gorizia werd ook talloze keren door geallieerde bommenwerpers in de haven aangevallen, wat culmineerde in een grote aanval in april 1943 die het schip ernstige schade toebrengde. Toen Italië zich in september aan de geallieerden overgaf, was het schip in reparatie en werd het door de Duitse bezettingsmacht in beslag genomen, die het schip onbruikbaar vonden en het dus verlaten. Italiaanse en Britse kikkers probeerden het schip in 1944 zonder succes te laten zinken. Na de nederlaag van Duitsland in 1945 stelde de Italiaanse marine vast dat het schip niet meer economisch kon worden gerepareerd, en dus werd het in 1947 opgebroken voor schroot.