沙级舰的干舷很低，因此同级两艘舰的航海性能都相当差。而要解决这个问题，就只有通过提供额外的舰体高度来增加舰舷高度，但这样一来又不得不增加装甲区。权衡再三，最终只好将某些航海性能弃之不顾了。

到沙级舰建造时，焊接技术已有很大发展。因此，它们的舰体除防鱼雷舱壁的接合部和甲板结构外，均采用焊接技术。

主舷侧装甲舯部为320毫米，水下1米开始削弱，至1.7米处削弱为170毫米，炸弹甲板50毫米，穹甲水平部分80毫米，两侧向下倾斜部分110毫米。主炮装甲正面360毫米，侧面200毫米，顶部150毫米。副炮装甲150毫米，指挥塔装甲350毫米。由此可以看出，沙级舰在装甲方面的主要弱点是水平防护弱、并缺乏强有力的上层装甲列板。且有防护都较薄弱的部位（俗称“天窗”）。

沙级舰是在特别强调军舰速度的情况下设计的。因此，推进装置的马力是很大的。最初主张采用柴油机，柴油机耗油节省，并且续航力大；但是，柴油机却难以获得30节以上的航速，而且在舰上占的空间太大。在安装何种动力装置问题上，德国海军内部意见分歧。最后，雷德尔出面干预，他决定采用高压、高温蒸汽轮机。每舰安装3台蒸汽轮机，12台锅炉。锅炉效率较高，工作压力为58公斤/平方厘米，湿度摄氏450度，设计出力为136000马力，但是实际上两舰的主机都能超载运行，沙能超过160000马力极速接近32节，格奈森瑙号超过150000马力极速30.5节。

舰上装有6台460千瓦涡汽轮发电机和2台150千瓦柴油机发电机，总发电能力为4520千瓦，其中包括在战斗损伤时的900千瓦预备电力。

3座三联装283毫米炮54.5倍口径身长。此型火炮和德意志级装甲舰的火炮不同，炮弹长度比德意志级的长，但装药却比德意志级的少。沙级舰采用三种炮弹：穿甲型－主要用于对付高强度的装甲目标；普通型－炮弹装有较多的炸药，并能增加杀伤力；高爆型－增强弹片杀伤效果，主要用于对付暴露的人员、高射炮炮位、火控装置、按照灯等，还用来对付装甲防护较弱的驱逐舰以下的舰艇。炮弹重330公斤，初速890米/秒，最大射程为42500米，最大仰角40度。

55倍口径身长150毫米单管炮和双联装炮各4座。4座单管炮装在烟囱两侧，两舷各有2座，由位于舰中部的弹药舱供弹，装甲防护弱，有25毫米装甲，仅可防护弹片杀伤。4座双联装炮平均配置在上层建筑两侧，从而给炮手较好的装甲防护。炮弹重量45点3公斤，初速为857米/秒，最大射程22000米，单管炮仰角为35度，双联装炮仰角为40度。初速900米/秒，最大射程17700米，仰角85度，俯角8度，射速15发/分。初速900米/秒，最大射程17700米，仰角85度，俯角8度，射速15发/分。

7座65倍口径身长105毫米火炮，初速900米/秒，最大射程17700米，仰角85度，俯角8度，射速15发/分，对近距离目标相当有效，但不能提供远程防护。

8座83倍口径身长双联装37毫米机关炮。炮弹重0.745公斤，初速1000米/秒，最大射程6750米，射速30－40发/分，用于近程防护。

至于两舰（沙恩霍斯特号和格奈森瑙号）上的20毫米机关炮的数量，在战争期间均在不断增加。沙恩霍斯特号上装有38门20毫米机关炮，而格奈森瑙号上则装有16门机关炮，火炮呈单管或四联装配置。

1941年3月当沙恩霍斯特号和格奈森瑙号从大西洋返回基地时，指挥这次作战的吕特晏斯海军上将在他的报告中建议给这两艘舰装上鱼雷武器。后来，沙级舰在法国布勒期特期间，均装上了2座三联装533毫米鱼雷发射管。

沙恩霍斯特号战列舰，是德国在二次大战初期就投入使用的大型军舰。参加了在大西洋上对盟国运输船只的袭击战和入侵挪威的登陆战役，以及与入侵挪威战役有关的海上战斗，为纳粹初期的海上作战主力之一，也是最后一艘在战斗中被击沉的帝国战舰。

第一次世界大战后，凡尔赛条约限制德国建造任何大于10000吨级巡洋舰的军舰。后来，德海军参谋部要求建造新的战舰，来替代一战后某些旧式无畏战舰。到30年代初，法国和苏联海军提出了大规模的造舰计划，从而促使德考虑建造比被允许的装甲舰更大的军舰。当时，德国海军建造局密切注视着国外主要海军大国的军舰研制情况，定期评估主要海军大国建议的各种舰型。

1933年，希特勒上台。开始他对凡尔赛和约的限制有所顾虑，不敢公开建造超标准的大型战列舰，也不敢公开向英国的制海权挑战。他曾向当时的德国海军司令雷德尔表明，他不想追随一次大战前“提尔皮茨”时的海军政策，不想建立一支向英国制海权挑战的舰队，但他要抗击法国正在进行的造舰计划。

德国海军对1933年的造舰计划限定，在保卫波罗的海的贸易战中保卫德国的海上交通线。当时苏联海军仍然很弱，并未引起德国的注意；尽管有迹象表明，它正在执行一个庞大的造舰计划。到1935年，德国海军参谋部已计划将造舰的总吨位有限制地扩大至421000吨，其中有150000吨用于建造战列舰。

1934年，法国海军宣布建造第2艘战列巡洋舰－“斯特拉斯堡”号。这年2月，德国海军决定采用排水量为26000吨、准备3座三联装280毫米主炮的战列巡洋舰设计方案。在宣布这些舰只建造之前，希特勒要使英国就这个问题放心。为此，他建议与英国签订一项条约，使英国海军在海权方面保持3：1的优势。有了这样一个条约，就合法地解除了凡尔寒条约对德国和种种限制。英德海军条约于1935年6月18日签订。该条约允许德国建立一支舰队，而且向英国暗示，德国海军的政策将不是针对英国的。沙级战列舰就是在这种背景下于1935年设计和始建的。

1933年，雷德尔要求加强第4艘和第5艘装甲舰的防御特性，而且他还建议增加第3座炮塔。然而，要满足这些要求，在“斯佩伯爵”号袖珍战列舰（排水量为12100吨）上是无法完成的。经过讨论，希特勒允许只增强舰的防御性能－装甲防护和住舱，并接受增加与此相应的排水量。德海军赞成采用3座双联装380毫米主炮，但希特勒包藏心机，认为这样做在政治上难以解释，不同意火炮的口径从280毫米增加至380毫米。1934年2月，希特勒最终允许增加第3座炮塔，但只同意排水量为26000吨，装备9门280毫米主炮。

于是，就诞生了“沙恩霍斯特”号和“格奈森瑙”号战列舰的设计方案。这两艘舰并非是一次大战时期战列巡洋舰的派生物，而是由装甲舰发展而成的。这两艘舰的副炮，都是采用已取消的第4艘和第5艘装甲舰副炮的模式。这两艘舰混合采用150毫米炮塔炮和单管炮，有装甲防护，但缺少一次大战期间许多德国战列巡洋舰和战列舰设计方案中的上部装甲区。

1934年2月，沙级舰的订货指标下达给基尔的德意志造船公司和威廉造船公司，4个月后开始施工。在英德海军条约签署之前，这两艘舰的结构图和说明书就已经完成。德国海军把沙级舰称为战列舰。它们有重装甲防护、高航速和中等口径火炮，是德意志级装甲舰的发展型。

由于沙级舰的建造目的是用来抗击法国的敦刻尔克级战列舰，因此，该级舰特别考虑到火力和装甲防护的问题，敦刻尔克级战列舰装有330毫米主炮，其炮弹重达572公斤；而沙级舰装280毫米主炮，其炮弹重量为330公斤。沙恩霍斯特级战列舰的防护比起敦刻尔克级有着显而易见的致命漏洞。

在沙级舰开始设计阶段，相信装9门280毫米主炮和能在近距离上抗击法国330毫米火炮的装甲防护，其排水量只需26000吨就够了。但到1936年军舰在建时，排水量却远远大于最初的估计。排水量的大幅度增加，反过来又影响舰船的稳性、适航性和防护性，因为此时装甲甲板将低于设计水线而不是高于设计水线。干舷的丢失也相当严重。这意味着舰船的稳性范围将减少。后来，舰船的操作表明，吃水的增加使舰船在风涛的海面上造成甲板的浸湿性，从而需要进一步更改甲板舷弧线和舷外飘。

德国海军建造局研究了沙级舰增加排水量的问题。在进行了细致的调查之后，最终接受了将标准排水量从26000吨增加至30000吨的方案。

1939年11月21日，沙恩霍斯特号、格奈森瑙号、“莱比锡”号和“科隆”号巡洋舰以及3艘驱逐舰结伴驶入冰岛－法罗群岛水域。这次出击，“沙恩霍斯特”、“格奈森瑙”两舰共同击沉了英国“拉瓦尔品第”号辅助巡洋舰。

1940年1月，沙恩霍斯特号前往波罗的海进行火炮射击训练。同年2月7日，它返回威廉港准备前往北海作战。4月7日，它与格奈森瑙号一起驶离威廉港，担任入侵挪威纳尔维克和特隆赫姆部队的主要掩护兵力。6月4日，两舰在“希佩尔海军上将”号和4艘驱逐的陪同下，在挪威的哈尔斯塔附近向盟国海军部队和运输船队发动了攻击，击沉盟国油船和运兵船（19500吨）各1艘。6月8日16时45分，沙恩霍斯特号和格奈森瑙号发现了英航空母舰“光荣”号，沙恩霍斯特号遂即开火。经过一番火力交锋，沙恩霍斯特号和格奈森瑙号击沉“光荣”号和2艘担任护航的驱逐舰。在战斗中，沙恩霍斯特号遭受重创，随后入坞进行为期6个月的修理工作。

从1940年12月28日至1941年3月22日，沙恩霍斯特号和格奈森瑙号连续数次驶入大西洋进行破交活动。1941年2月22日，在纽芬兰以东约500海里处，沙恩霍斯特号和格奈森瑙号发现了一支西行的空载运输船队，并击沉其中4艘运输船，总计25784吨。3月15日，两舰截获了几艘油船。格奈森瑙号俘获了3艘船只，计20139吨，并击沉了第4艘。16日，两舰发现了一些掉队的运输船只，沙恩霍斯特号击沉其中6艘，计35088吨，格奈森瑙号击沉7艘，计26693吨。22日，这2艘战列巡洋舰驶入德占法国港口布勒斯特。

两舰在布勒斯特虎视大西洋，成了英国皇家海军的眼中钉、肉中刺，遂频频出动飞机对两舰进行持续不断的空袭，并使用了227公斤穿甲弹。

1941年7月24日，皇家空军派出数个中队的B－17和B－24轰炸机进行轰炸。沙恩霍斯特号中5颗炸弹，遭重伤后进行了为期4个月的修理。

这年12月11日，德、意向美国宣战。慑于盟国海军的庞大实力，纳粹海军意识到再用水面舰只在大西洋上进行破交战已非上策，希特勒也不想冒险派大型军舰进行大西洋伤战，因为这些大舰对挪威的防御犹为重要。为此，德国海军司令部命令沙恩霍斯特号、格奈森瑙号和“欧根亲王”号重巡洋舰，在水面舰艇和航空兵力的密切配合下，穿过多佛尔海峡，返回了德国本土。

在格奈森瑙号检修期间，希特勒对德国大型军舰的战果极为不满，这年年底，他气急败坏地扬言要拆毁德国所有的大型军舰和巡洋舰。格奈森瑙号的检修和改装随之停止，检修用的材料被转用于其他急需工程。1943年2月2日，邓尼茨下令搁置德国的战列舰和巡洋舰。此后，格奈森瑙号上的火炮和装备也被陆续拆除了。

1943年下半年，德国在苏联已陷入困境。在这种背景下，盟国前往苏联摩尔曼斯克的护航运输队又重新恢复。为了切断这条海上补给线。

1943年12月22日，一架德军的侦察机在北海上空发现了由英国舰队护航的编号为JW.55B－19的商船队。海军元帅邓尼茨通过无线电报向前线指挥作战的海军少将埃里希．贝下达了作战命令；“敌人试图通过为俄国人提供粮食和武器的重要商船队为我们的东线圣战增加困难。为此，我们必须向我们的东线部队提供帮助。我们寄希望于‘沙恩霍斯特’号上的无敌重炮群。我相信你们的进攻意志。”并称：“一旦英军主力出现，便立即撤出战斗。”

英军方面在挪威海域配备了以3艘巡洋舰为主力的“1号战斗编队”， 但它们对德舰构不成严重威胁。德舰真正的克星是没有列入编队、在危急时刻不知去向的英国战列舰“约克公爵”号。它配备的10门356毫米的火炮足以对付 “沙恩霍斯特”号上的9门280毫米的加农炮。 对德国元帅邓尼茨此次下赌注最不利的一个因素是，英国方面已经破获了敌人的通信密码。1941年5月，一支英国舰队在格陵兰岛附近将德国的U110号潜艇逼出水面。英国人在潜艇的电报柜中找到了密码电报。英国几百名数学专家利用这些电报顺利破译了德军使用的“恩尼格马”密码系统。 从此，英国人可以接收和破译德军总部发往舰船的大部分电报内容。“沙恩霍斯特”号刚一出动，英国方面就已获得了准确的情报。英军战列舰“约克公爵”号和它的姊妹舰组成“2号战斗编队”向挪威海域全速前进。舰上官兵都意识到，这是全歼德国海军的重要一役，也许是二战结束前与德军进行的最后一次大规模海战。此时，英国海军已稳操胜券。

掩护Jw-55-B 护航运输队东进的“1号战斗编队”伯内特巡洋舰舰队雷达发现目标，距离15.5海里，方位75°。1 分钟后“贝尔法斯特”号向“约克公爵”号拍发了发现敌舰的紧急电报。根据目标的航向和航速，Jw-55-B 护航运输队迅速改向东南行驶，伯内特仍向东北航进，插到了Jw-55-B 和德舰之间。

26日7时30分，德国舰队驶抵熊岛东南约40海里洋面，“沙恩霍斯特”号在航行中雷达损坏，成为了一只冰海的瞎蝙蝠，为英国战舰的提供了极佳的机会，“沙恩霍斯特”号没有找到护航运输队，遂掉头南下。9时许，英国“1号战斗编队”拦住了去路，并遭到首次攻击，沙恩霍斯特号被命中2发炮弹。9时40分，德舰再次北进，去搜索护航运输队。12时20分，沙恩霍斯特号发现英舰。双方进行了短暂的交火，沙恩霍斯特号被命数发炮弹。此时，海军少将埃里希．贝犯了一个致命的判断性错误。二战史学家也不能理解，德军指挥官为什么误认为英军巡洋舰的炮火是从与德舰实力相当的一艘战列舰上发出的。为保存实力，埃里希．贝紧急下令撤出战斗。14时30分，德国下达返航命令。“沙恩霍斯特”号随即转向到155”，航速增至28节。回程不到200海里，20时许，它就可以返抵挪威侮岸，于夜间进入阿尔滕峡湾。这是德舰犯下的第二个错误，因为以“约克公爵”号为旗舰的英军“2号战斗编队”的炮口正在迎接它的到来。

英国“1号战斗编队”不断向“2号战斗编队”“约克公爵”号报告着德舰的位置。英国弗雷泽海军上将不用打破无线电静默，就能在海图上准确无误地找到德舰。16时17分钟，雷达兵果然在20”方位发现了“沙恩霍斯特”号，距离22海里。而“沙恩霍斯特”号因为雷达损坏，正在黑夜中摸索前进，3座炮塔均处于静止状态，完全没有意识到前方英舰的存在。此时沙恩霍斯特号正在挪威海岸以北70海里处向东高速前进；在它的北面大约10海里处是英国的巡洋舰队（3艘巡洋舰），正与沙恩霍斯特号向东平行航行；在沙恩霍斯特号的舰尾偏南方向是英国“约克公爵”号战列舰、1艘巡洋舰和4艘驱逐舰。英舰正在对沙恩霍斯特号形成包围之势。

下午四时五十四分，一颗照明弹从皇家海军轻巡洋舰贝尔法斯特号上呼啸着钻入夜空，转瞬间漆黑的天空变得如同白昼一般，孤独的沙恩霍斯特号在茫茫大海上露出了它巍峨的身躯。许多从未见识过沙恩霍斯特号威颜的英国水兵不禁啧啧称奇。而沙恩霍斯特号官兵也仿佛魔法般地一下子涌到了甲板上。素质优良的德国水兵们在战斗警报声中快速进入战位，只等那决定生死的时刻到来。

当两舰的距离只剩下14海里时，弗雷泽庄严地命令开炮。英国炮手好像早已经等得不耐烦了，不等司令官的话音落地，一发356毫米炮弹已经向德舰射来，双方旋即转入了最重量级的死拼。

沙恩霍斯特号此时的目标只有一个，那就是比它火力更强的约克公爵号战列舰，只有背水一战消灭这艘皇家海军的新型战列舰才有可能改变自己垂死的命运。于是280毫米巨炮直指约舰。首先被对手击中的正是约舰，此时交战双方的作战经验与技术显得格外重要。沙恩霍斯特号还击的炮火准确命中了约舰的桅杆，只是将约舰桅杆上的雷达天线砸断。沙恩霍斯特号趁机赶快逃跑。

双方的距离实在是太近了，尽管沙恩霍斯特号具备航速上的优势，可是仍然无法逃脱约舰火炮的射程。356毫米巨炮炮弹不断地在沙恩霍斯特号周围爆炸，被击起的水柱将沙恩霍斯特号牢牢罩住。沙恩霍斯特号自然不会坐以待毙，280毫米巨炮对约舰还以颜色。这是人类历史上最残暴、最激烈的海战之一，交战双方中的任何一次准确的命中都可以导致对手的彻底毁灭。

英舰的立世之本是更为有力的炮火及更为强壮的舰体；而德舰所能依赖的是更高的机动性能和日尔曼士兵高超的战斗技能。到1943年为止，他们已经成功地两次命中英舰诺福克号、一次击中约克公爵号。但是随着战争的持续，素有优良传统的皇家海军愈发表现出骁勇善战的本色，英舰队上下都明白将是改变历史的一天。

一发紧似一发的炮弹向着沙恩霍斯特号冲去，突然从沙恩霍斯特号上传来一阵惊天动地的爆炸声，接着一团浓密的黑烟从沙恩霍斯特号舰艏的主炮炮台上腾起，并在几十米的高空中幻化为明亮的橙色火光。沙恩霍斯特号终于被击中了。

英舰命中率也不断升高。又一发炮弹准确地击中沙恩霍斯特号舰艏的另一个主炮炮台，第三发炮弹则击中了沙恩霍斯特号位于吃水线上的锅炉房，炮弹击穿了一根通向轮机的重要的蒸汽管道。沙恩霍斯特号的航速一下子从30节降到了10节。

4艘英国驱逐舰将鱼雷一条条地投入冰冷的海洋，远处的爆炸声此起彼伏，沙恩霍斯特号燃起的大火照亮了天空，这艘巨舰如今已是伤痕累累、一片狼籍再也不能动弹了。

弗雷泽立即率领约舰及3艘巡洋舰再度出场。此时他的猎物仍在做最后的挣扎，但是已经无法对英舰构成任何威胁了。贝尔法斯特号继续将无情的炮弹不断地抛投到沙恩霍斯特号的身体上，突然沙恩霍斯特号身子一歪向南方发生了倾斜。晚上七时十二分，贝尔法斯特号终于敲掉了沙恩霍斯特号最后一座主炮炮塔。令弗雷泽感动的是，仅剩下2门150毫米副炮的沙恩霍斯特号还在继续战斗。

四十五分钟后，沙恩霍斯特号舰艏猛地向下一沉，整条船笔直地没入了大洋，只有3个巨大的推进器还在无助地旋转着。事后通过统计来自各方面的资料发现沙恩霍斯特号遭受的打击是令人震惊的--数百发炮弹在沙恩霍斯特号上爆炸，在对沙恩霍斯特号进行攻击的55条鱼雷中至少有17条直接命中。

此次海战是第二次世界大战结束前德英海军进行的最后一次大规模海战。

沙恩霍斯特号曾被提议搭载3座双联装换装380毫米的主炮，其速度远比英国主力舰还快，而装甲防护力则相当。但由于先前的配装、二战前的限制与战争爆发后的情势，以及本身干舷过低、适航性差，沙恩霍斯特号就一直保留现有的280毫米主炮。另外，沙恩霍斯特号与它的姊妹舰-格奈森瑙号都被设计拥有较长的航程，配合长时间执行通商破坏战的任务。