Ambos buques entablaron combate con dos navíos británicos, el crucero de batalla HMS Hood y el acorazado HMS Prince of Wales en lo que se ha llamado batalla del Estrecho de Dinamarca, durante la cual el Hood fue hundido y el Prince of Wales gravemente dañado.
Tras recalar en la Francia ocupada y ser reparado, el crucero participó en la Operación Cerberus, un audaz cruce diurno del Canal de la Mancha para llegar a Alemania.
Tras ser examinado en los Estados Unidos, la armada norteamericana asignó el crucero a las pruebas nucleares de la Operación Crossroads en el Atolón Bikini.
Después de sobrevivir a dos explosiones atómicas el crucero fue remolcado al atolón Kwajalein, para ser utilizado como barco objetivo donde finalmente escoró y se hundió.
Ambos navíos habían sido seleccionados por Raeder para la Operación Rheinübung, una incursión contra la navegación mercante Aliada en el océano Atlántico.
[9] El 23 de abril, mientras cruzaba el Cinturón Fehmarn en ruta hacia Kiel,[7] el Prinz Eugen hizo detonar una mina magnética arrojada por bombarderos británicos.
[10] El 11 de mayo las reparaciones en el crucero se habían completado, tras lo que navegó hasta Gotenhafen, donde su tripulación preparó al barco para la salida.
[12] Hacia las 13:00 del 20 de mayo la flotilla alemana se encontró con el crucero sueco HMS Gotland, que la siguió durante dos horas por el estrecho Kattegat.
[17] A las 07:00 del día 21 los alemanes avistaron cuatro aeronaves no identificadas, aunque rápidamente se marcharon.
[23] El Bismarck navegaba unos 700 m por delante del Prinz Eugen; la niebla redujo la visibilidad a unos tres o cuatro mil metros.
El almirante Lütjens dio permiso al Prinz Eugen para atacarlo, pero el capitán del crucero pesado no pudo definir el objetivo.
[25] El crucero enemigo se retiró rápidamente hasta una distancia segura y siguió a los barcos alemanes.
[26] Los cruceros británicos los siguieron toda la noche, transmitiendo continuamente la posición y la conducta de los buques alemanes.
[31] Lütjens entonces ordenó a su crucero pesado caer detrás del Bismarck para que pudiera seguir monitorizando la posición de los cruceros Norfolk y Suffolk, que estaban todavía a entre 19 y 22 km al este pues se temía un ataque torpedero.
Los alemanes cesaron de disparar cuando aumentó la distancia, aunque Ernst Lindemann, comandante del Bismarck, abogó por perseguir al navío inglés y destruirlo.
[37] A las 08.01 transmitió un informe de daños y sus intenciones al Alto Mando Naval Alemán, que fueron separar al Prinz Eugen para que continuara su incursión contra los buques mercantes y recalar en el puerto francés de Saint-Nazaire para reparaciones.
El Prince of Wales disparó doce salvas contra el acorazado alemán, que respondió con nuevas andanadas, ninguna de las cuales hizo blanco.
[42] Las reparaciones se prolongaron por los siguientes ocho meses durante los cuales el Prinz Eugen y otros barcos alemanes en el área fueron repetidamente atacados por aviones bombarderos Aliados.
Los barcos estaban bajo la constante amenaza de los ataques aéreos aliados, por lo que Adolf Hitler ordenó su regreso a Alemania.
Hacia las 06:30 pasaron Cherburgo, donde se les unió una flotilla de lanchas torpederas,[45] dirigida por el capitán Erich Bey desde el destructor Z29.
A las 16:43 el crucero pesado se topó con cinco destructores británicos: Campbell, Vivacious, Mackay, Whitshed y Worcester.
Disparó sus baterías principales contra ellos y consiguió impactar en el Worcester, pero se vio obligado a maniobrar de manera errática para evitar los torpedos que le lanzaron.
[46] El 16 de mayo el Prinz Eugen hizo el viaje de retorno a Alemania por sus propios medios, aunque en el camino hacia Kiel fue atacado por una fuerza británica compuesta por diecinueve bombarderos y veintisiete torpederos, aunque no consiguieron hacerle ni un solo impacto.
En ese mes intentó dos veces navegar hasta el país nórdico junto al acorazado Scharnhorst, pero ambas partidas fueron abortadas tras ser avistados por aviones británicos de vigilancia.
Retornó los días 14 y 15 tras haber repuesto munición de sus cañones principales para disparar otros 370 proyectiles.
[57] El 8 de abril el Prinz Eugen navegó a Swinemünde junto al Lützow,[53] en cuyo puerto ambos navíos fueron atacados por 34 bombarderos Lancaster.
[53] Allí el crucero fue minuciosamente revisado por la armada estadounidense,[57] que le retiró su sonar pasivo GHG de gran alcance para instalárselo al submarino USS Flying Fish y probarlo.
[62] El barco irradiado fue remolcado hasta el atolón Kwajalein, en el Pacífico central, donde una pequeña vía de agua quedó sin reparar.
[62] Para finales de diciembre el crucero se encontraba en muy malas condiciones, y el día 21 comenzó a escorar.
[59] No se podía llevar a tiempo un equipo de salvamento hasta el lejano atolón,[62] por lo que la armada norteamericana intentó encallarlo para prevenir su naufragio, cosa que no consiguieron porque el 22 de diciembre escoró y se hundió.