Tanto el North Carolina, como el Washington prestaron valiosos servicios durante la Segunda guerra mundial, cumpliendo multitud de misiones, principalmente en el teatro del Pacífico, donde escoltaron grupos de batalla y realizaron bombardeos costeros.

El North Carolina derribó entre 7 y 14 aviones japoneses durante la Batalla de las islas Solomon y más tarde recibió el impacto de un torpedo disparado desde un submarino japonés.

Durante la batalla de Guadalcanal, que fue una caótica refriega nocturna, la artillería guiada por radar del Washington alcanzó y hundió al acorazado japonés Kirishima.

En febrero de 1943, la proa del Washington resultó aplastada por un choque con el acorazado Indiana, debiendo retirarse para ser reparado.

También decretaba el tratado que ningún país podría construir otro buque capital durante los siguientes 10 años ni reemplazar ningún barco existente hasta que tuviese al menos veinte años de servicio.

[2]​[3]​ El Segundo tratado naval de Londres, firmado en 1936, fue más restrictivo ya que limitó el calibre máximo a 356 mm.

Estos tratados influyeron notablemente en el diseño de la clase North Carolina.

Los "D" y "E" eran acorazados rápidos con cañones de 406 mm y blindaje frente a ese mismo calibre, pero su desplazamiento excedía los límites del Tratado de Washington.

Los "G" y "H" eran más lentos, unos 23 nudos, con 9 cañones de 356 mm.

La sección preliminar de diseño recibió en octubre 5 propuestas más: "J", "J1", "K", "L" y "M", basadas en el tipo "A" con blindaje adicional o en una versión "B" muy descafeinada.

Los "L" y "M" tenían torres cuádruples para ahorrar peso (similar a la clase francesa Dunkerque), con un total de 12 cañones.

Siguiendo todas estas recomendaciones, el Comité consultivo seleccionó al tipo "K" para continuar el programa de desarrollo.

Para complicar más las cosas los cálculos realizados por el Bureau of Ordnance descubrieron debilidades en el blindaje bajo ciertas condiciones de combate, errores en el cálculo de la eficiencia del blindaje frente a bombardeos en picado y escasa protección antitorpedos.

Las soluciones a estos problemas eran muy poco prácticas y no se podían reducir a añadir parches de blindaje adicional allí donde eran necesarios porque este interfería con otras estructuras defensivas del buque y, lo que era mucho peor, acercaba su tonelaje al límite fatídico de las 35 000 toneladas.

Reeves le propuso realizar esos cambios al almirante William Standley, Jefe de operaciones navales, quién aprobó el modelo "XVI" modificado, con la esperanza de que fuese aceptada por el Comité consultivo.

En una carta dirigida al Secretario de la armada Claude A. Swanson e, indirectamente, al presidente Roosevelt, Reeves argumentó que el cañón de 406 mm era significativamente más potente y letal incidiendo especialmente en que la capacidad de penetrar el blindaje enemigo constituía una ventaja crucial en la guerra en el mar.

El gobierno japonés respondió que solo aceptaría ese compromiso si se establecía igualmente una paridad en el número de acorazados entre los Gran Bretaña, EE. UU.

Con esa misma elevación un proyectil ligero de 860 kg volaría durante 36,74 km.

Fabricados en los años treinta y originalmente diseñados para ser montados en destructores, estos exitosos cañones armaron a multitud de barcos estadounidenses durante la Segunda Guerra Mundial.

[25]​ Las ametralladoras de 12,7 mm no tenían la potencia necesaria para combatir a los modernos aviones japoneses y se propuso su sustitución por cañones de 20 mm en puestos cuádruples, aunque durante algún tiempo ambos tipos convivieron en los buques.

De hecho tanto el North Carolina, como el Washington portaron ambos tipos durante todo 1942.

[27]​[28]​ Los barcos en la clase de Carolina del Norte estuvieron equipados con 4 turbinas General Electric y 8 calderas Babcock & Wilcox.

La planta motriz incorporó las más recientes innovaciones en turbinas y sistemas de vapor a alta presión.

[29]​ El sistema propulsor estaba dividido en 4 salas de máquinas que hacían girar las 4 hélices del buque.

[29]​ Cuando se autorizó su construcción ambos barcos tenían prevista una velocidad máxima de 28 nudos (32 mph; 52 km/h).

En 1945, tras la adición de numeroso equipamiento defensivo antiaéreo, su velocidad máxima se vio reducida a 26,8 nudos (30,8 mph; 49,6 km/h).

La cubierta principal estaba diseñada para hacer detonar los proyectiles de explosión retardada, mientras que el grueso cinturón blindado protegía el equipamiento interno del buque.

Sin embargo en 1939 ya era posbile fabricar planchas aún más gruesas (de hasta 457 mm).

Sin embargo no tenían espacio interno suficiente como para alojar los motores de los Iowa y tampoco podían colocárseles hélices más grandes por lo que al final no se emprendió ningún trabajo.

Finalmente se decidió que un portahelicópteros diseñado como tal sería mucho más útil y eficiente.