A II. világháború alatt számos járőrözésen és hadjáraton vett részt a Földközi-tengeren, mind az olasz konvojok Észak-Afrikába történő kíséretében, mind pedig a brit mediterrán flotta elkapására tett kísérletekben. 1940 novemberében a britek elindítottak egy
Taranto légicsapása; a "Duilio"-t egy Fairey Swordfish torpedó-bombázó által kilőtt torpedó érte el, ami jelentős károkat okozott. A javítás körülbelül öt hónapig tartott, azután a hajó visszatért a konvojok kíséretére. Az olasz felszíni flotta nagy részét az üzemanyaghiány 1942-ben mozgástalanította, és a "Duilio" a 1943 szeptemberében történt olasz megadásáig szolgálaton kívül maradt. Ezt követően Máltán tartózkodott 1944-ig, amikor a szövetségesek visszaengedték az olasz vizekre. A hajó túlélte a háborút, és a háború utáni olasz haditengerészetben szolgált, elsősorban kiképzőhajóként. A "Duilio"-t 1953-ban helyezték tartalékba; további három évig maradt az olasz haditengerészet leltárában, mielőtt 1956 végén törölték volna a haditengerészeti nyilvántartásból, és a következő évben eladták a hulladékra.