Junto a su buque gemelo, el Gneisenau participó en la Operación Weserübung, la invasión alemana de Noruega.
A comienzos de 1942, tras repetidos bombardeos aéreos británicos sobre los puertos franceses en que estaban fondeados, los dos buques gemelos hicieron un rápido viaje diurno a través del canal de la Mancha desde la Francia ocupada hasta Alemania, denominado Operación Cerberus.
El Scharnhorst y numerosos destructores salieron de Noruega para atacar un convoy, pero los alemanes fueron localizados por patrullas navales británicas.
[3] Después de las modificaciones, estas le conferían al igual que su gemelo, una estilizada silueta.
Sirviendo como buque insignia de su escuadrón, el acorazado portó 10 oficiales y 61 marineros adicionales.
El número de estos últimos fue incrementado más tarde hasta los treinta y ocho.
El Gneisenau recibió dos impactos en la primera parte del combate, uno de los cuales deshabilitó su torreta popel.
La mar gruesa y la alta velocidad que emplearon los navíos germanos para escapar provocaron el embarque de agua en sus secciones delanteras.
[11] El Scharnhorst y el Gneisenau habían alcanzado un punto al noroeste de las islas Lofoten (Noruega) sobre las 12:00 del día 9, a partir del cual pusieron rumbo oeste durante veinticuatro horas mientras se efectuaban reparaciones temporales.
Sin embargo, los barcos alemanes se beneficiaron de la escasa visibilidad y llegaron indemnes a puerto más tarde esa jornada.
Al día siguiente avistaron una corbeta británica y la hundieron junto con el petrolero Oil Pioneer.
[15] Los dos destructores intentaron ocultar al portaaviones con pantallas de humo, pero los navíos alemanes lo pudieron seguir con sus radares.
El 13 de junio este último lanzó quince bombarderos en picado Skua, pero los cazas alemanes los interceptaron y derribaron ocho.
[19] Puesto que los navíos supervivientes del convoy habían enviado señales de socorro, Lütjens decidió entonces trasladarse a una nueva área.
[22] A lo largo de la operación el Scharnhorst tuvo problemas en sus calderas, y los trabajos en estas se alargaron hasta julio, lo que impidió que actuara junto al nuevo acorazado Bismarck en la Operación Rheinübung en mayo de 1941.
A las 15:31 golpeó una mina magnética que había sido dejada caer desde un avión en la desembocadura del Scheldt.
Los británicos intentaron varias ofensivas ineficaces, pero pusieron al rojo vivo los cañones antiaéreos del Scharnhorst, uno de los cuales reventó por el esfuerzo.
Solo la hélice central se mantuvo operativa, con lo que la velocidad quedó limitada a diez nudos.
Dos días después, el barco se desplazó a Kiel para reparaciones en un dique seco flotante que duraron hasta julio de 1942.
[36] Una semana después los tres navíos navegaron hasta el fiordo de Alta para reparar los daños que les habían causado las tormentas.
El convoy fue avistado otra vez dos días después, cuando se determinó que iba rumbo a la Unión Soviética.
En sus instrucciones a Bey, Dönitz le aconsejó abandonar el combate si se encontraba con fuerzas superiores.
[45] Una hora después de virar Bey desplegó sus destructores en línea protegiendo el Scharnhorst, que permaneció 19 km detrás.
El Scharnhorst detectó a los cruceros con su radar trasero y disparó con sus baterías principales antes de alejarse por segunda vez.
Entonces, el Scharnhorst viró nuevamente e incrementó su velocidad con la esperanza de perder a los cruceros y encontrar al convoy.
En torno a las 16:50 el Duke of York abrió fuego desde unos 11 000 m y enseguida recibió respuesta del Scharnhorst.
La metralla inició un incendio en el pañol de municiones, lo que obligó a inundarlo para prevenir su explosión.
La torreta Bruno fue rápidamente drenada, por lo que el barco estaba ahora combatiendo solo con dos tercios de su batería principal.
Un tercer proyectil dio en la cubierta cerca de la torreta César y provocó algunas inundaciones, mientras que su metralla mató a varios tripulantes.
Muchos de estos impactos habían diezmado las baterías secundarias del barco, por lo que Fraser ordenó atacar a los destructores.