太平洋战争爆发后，1942年“北卡罗来纳”号与“华盛顿”号相继加入美国海军太平洋舰队。1942年8月美军在瓜达尔卡纳尔岛登陆，“北卡罗来纳”号成为当时为航空母舰护航的唯一的一艘快速战列舰。在这次战斗中卓有成效的表现，为美国海军的快速战列舰奠定了它们的主要任务：为航空母舰编队提供对空掩护。
1942年11月14日“华盛顿”号在瓜达尔卡纳尔岛海域的夜战中，利用雷达的引导击沉日本海军“雾岛”号战列舰。1944年“华盛顿”号在一次碰撞事故中舰艏撞毁并更换了新舰艏。
在太平洋战争期间北卡罗来纳级两舰参加了大部分重大战斗活动，主要为航空母舰提供掩护与支援两栖登陆作战，参加了进攻吉尔贝特群岛、马绍尔群岛、马里亚纳群岛、关岛、硫磺岛、日本本土诸岛的战役。
“北卡罗来纳”号战列舰1947年退役。1961年在美国北卡罗来纳州费尔角河作为一艘战争纪念舰供人参观。“华盛顿”号于1960年拆毁。
性能数据
标准排水量：36600吨（1942年）；满载排水量：46700吨（1945年）。
舰长222米；最大舰宽33米；平均吃水9.6米，最大吃水10.8米。
动力：8台锅炉，4台复式减速齿轮传动蒸汽轮机，主机输出功率：121000轴马力；最大航速：28节；续航力：17450海里/15节，6740海里/25节。
武备：9门3座三联装406毫米/45倍径主炮，10座双联装127毫米高平两用炮(每舷5座)，1942年该级舰开始改装40毫米“博福斯”高炮60门和20毫米“厄利孔”高炮40~60门。
装甲：水线300毫米；隔舱275毫米；炮塔正面400毫米，顶和侧面175~225毫米；司令塔400~250毫米；甲板192.5毫米，主甲板30~15毫米。装甲总重14350吨。
舰员：设计编制1885人(其中：军官108人，士兵1777人)。
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