El barco estuvo en servicio durante la Segunda Guerra Mundial, en la que Italia entró en junio de 1940. Con frecuencia operaba contra convoyes británicos a Malta en el Mediterráneo, y después de que comenzara la Campaña del Norte de África, escoltó convoyes italianos para apoyar a las fuerzas italo-alemanas que luchaban allí. En el transcurso de estas operaciones, participó en las batallas de Calabria, Cabo Spartivento y Primera
y la Segunda Sirte. El "Gorizia" también fue atacado en numerosas ocasiones por bombarderos aliados mientras estaba en puerto, culminando en una gran incursión en abril de 1943 que le infligió graves daños al barco. Bajo reparación cuando Italia se rindió a los Aliados en septiembre, el barco fue capturado por las fuerzas de ocupación alemanas, que encontraron el barco inutilizable y lo abandonaron. En 1944, los hombres de las ranas italianos y británicos intentaron sin éxito hundir el barco. Después de la derrota de Alemania en 1945, la Armada italiana determinó que el barco estaba más allá de la reparación económica, por lo que fue desmantelado en 1947.