Fue nombrado en honor del mariscal de campo prusiano August Neidhardt von Gneisenau.

[6]​ En su chimenea se instaló una tapa para mantener libre de humos su mástil principal.

[6]​ El Gneisenau desplazaba 32 100 toneladas estándar y un máximo de 38 100 t a plena carga.

Sirviendo como buque insignia de su escuadrón el acorazado portó diez oficiales y 61 marineros adicionales.

El número de estos últimos fue incrementado más tarde hasta los treinta y ocho.

[9]​ Tras retornar a Kiel, el Gneisenau entró en dique seco para reparar los daños de las tormentas y durante las mismas su proa fue remodelada por segunda vez para dotarla de arrufo adicional en un esfuerzo por mejorar su navegabilidad.

[11]​ El Gneisenau fue asignado a las fuerzas participantes en la Operación Weserübung, la invasión de Dinamarca y Noruega.

Antes de ser hundido, el Glowworm embistió al Admiral Hipper, aunque no le causó daños graves.

Esto obligó al navío alemán a cesar el fuego e incrementar la velocidad para romper contacto con el crucero británico, pues Marschall temía que los destructores que escoltaban al Renown fueran usados para atacar con torpedos.

[15]​ Para completar las reparaciones puso rumbo al Báltico,[16]​ pero en la mañana del 5 de mayo, navegando a 22 nudos frente al estuario del río Elba, el acorazado hizo detonar una mina magnética a 21 m de su popa y 24 m bajo el casco.

La explosión dañó severamente el casco e inundó algunos compartimentos que provocaron su escora medio grado a babor.

[18]​ Los alemanes hicieron despegar entonces sus hidroaviones Arado Ar 196 para intentar localizar más barcos aliados.

El Scharnhorst acortó distancias y disparó primero,[15]​ aunque tuvo problemas en sus calderas que redujeron su velocidad a 29 nudos.

Tras hundir los tres buques enemigos, Marschall retiró su fuerza a Trondheim para que el acorazado torpedeado fuera reparado.

Una poderosa fuerza de la Home Fleet británica intentó interceptar a la flotilla alemana, pero no la encontró.

Los radares alemanes los detectaron a mucha distancia y Lütjens evadió las patrullas enemigas con ayuda de una tormenta.

Las órdenes de Lütjens le prohibían atacar buques capitales aliados, y la acción fue cancelada.

[24]​ Lütjens decidió entonces moverse a otra área, pues los barcos supervivientes habían radiado su localización.

Eligió la ruta Ciudad del Cabo-Gibraltar y se posicionó al noroeste de Cabo Verde.

Por ello decidió poner proa a Brest, en la Francia ocupada, adonde sus acorazados arribaron el 22 de marzo.

[28]​ Tras arribar a Brest, el Gneisenau fue objeto de repetidos ataques aéreos británicos.

Tras este ataque, el Gneisenau hubo de regresar al dique seco para ser reparado.

Las bombas dañaron ligeramente la cubierta acorazada principal y provocaron desperfectos estructurales a estribor.

[35]​ Los cazas volaron en su techo para evitar ser detectados por la red de radares ingleses.

Aviones alemanes llegaron más tarde para interferir y burlar los radares enemigos.

Los británicos no pudieron con el escudo de cazas germanos y todos los Swordfish fueron derribados.

[36]​[37]​ Se lanzaron más ataques en las siguientes dos horas, pero la cobertura de la Luftwaffe los rechazó todos.

[40]​ Al día siguiente pudo llegar a Kiel, donde fue internado en el dique seco flotante de los astilleros Deutsche Werke.

[42]​ Su torreta César fue instalada en una fortaleza en la costa de Trondheim como batería costera y bautizada Orlandet.

En 1947 el gobierno polaco ordenó la retirada del barco y comenzaron las operaciones de salvamento.