1934年，D号舰和E号舰的预算通过，但准备工作进展缓慢。1935年6月签订的英德海军协定（Anglo-GermanNavalAgreement）使德国可以合法地超过凡尔赛条约的限制，最终这两艘舰被改成了战列巡洋舰来建造，完工后成为沙恩霍斯特级战列巡洋舰的“沙恩霍斯特”号和“格奈森瑙”号，分别于1938年和1939年服役。

1940年2月，“舍尔海军上将”号进行了全面的改装，包括重建一个显著倾斜的舰首，以减少逆浪航行时海水对上甲板的冲击，为此舷边缘的锚链孔也由传统的舰艏锚链管取代，同时，塔式的前主桅结构也改成了与德意志号类似的筒式主桅，该舰还装备了雷达和消磁设备。

德意志级设计所扮演的角色，德国海军部拟订了双重作用，首先用作波罗的海区域的海岸防御，由于德国害怕波兰的野心，这项任务并不需要很高的航速和长的续航力，其次用作商业袭击舰，以应付可能重新爆发的与英、法的冲突。

1931年6月25日，“德意志”号服役并成为舰队旗舰，1934年11月12日，“舍尔海军上将”号服役，1936年1月6日，“施佩伯爵海军上将”号服役并取代德意志号成为舰队旗舰。二战开始后，施佩伯爵海军上将号是德国海军最为活跃的海上袭击舰，转战于印度洋与大西洋，击沉多艘商船并屡次躲过英、法海军舰艇的追击。

1939年11月15日，德意志号更名为吕佐夫（Lutzow）号，这是为防止该舰被击沉或打成重伤而造成德国的耻辱。

1939年12月13日，“施佩伯爵海军上将”号被3艘英国巡洋舰在拉普拉塔河口截住，经过激战后该舰驶入了中立的蒙特维迪约港，最后在强大的军事及外交压力下于17日自沉。在这次战斗中，由于施佩伯爵海军上将号只有两座主炮炮塔，因而不能将炮火分散到多个目标，这是其在海战中失利的原因。

1940年2月，吕佐夫号和其残存的妹妹舰“舍尔海军上将”号重新被划分为重巡洋舰（Schwere Kreuzer），这更适合它们主要用作袭击舰的使命。

1945年4月9日，“舍尔海军上将”号在德意志船厂被英国空军发现，命中5弹，在改装泊位翻转沉没。一个月后欧洲战争结束，接管基尔船坞的英军发现了该舰破损的残赅，倾覆的舰体中可拆的均取走拆毁。最后，在1948年基尔船坞区进行重新清理时，残存的舰体被覆上橡胶并弄平。

1945年4月16日，“吕佐夫”号在施韦因蒙德以南遭到英国空军5.5吨级炸弹的攻击，尽管没有直接命中但几枚近失弹所造成的损失使得该舰座沉在浅水区，在战争的最后几个星期里，它被用作固定炮台，随着苏军的进一步挺进，为避免被俘获，该舰于1945年5月4日自爆。

德意志级战列舰是德国海军在条约限制下充分发挥当时的技术优势，结合德国海军的战术需求而精心设计建造的，是德国针对条约限制独创的一种新型军舰，被称之为装甲舰（英语：PanzerShip；德语：Panzerschiffe）。它的出现于各海军大国引起广泛关注，对重巡洋舰来讲更是致命打击。由于该型舰火力、装甲防护与航速之间不成比例，因此其舰型的划分颇费脑筋，但很快在美、英、法等国家中被称为袖珍战列舰（Pocket Battleship），可以说是轻量型或小型化的战列舰。

德意志级设计的一个基本问题是如何将排水量控制在条约范围内，解决方法之一是采用柴油机，尽管实际上其对空间及重量的要求与同类装备蒸汽轮机的舰只并不占优势，但柴油机油耗低，续航力大；解决方法之二是广泛使用焊接，舰体重量比铆接要减轻15%，这是第一次焊接在舰体建造中占有很大的比例，其效果也相当不错。

德意志级战列舰在最后通过的方案中，采用了高干舷平甲板型舰型。其主舷侧装甲140毫米，另有40毫米的防雷装甲上部重叠在它的后面，装甲甲板40-70毫米，水部线60毫米，主炮塔防护罩105毫米，主炮塔前防护罩140毫米，炮座125毫米，指挥塔150毫米。装甲防御抵御重巡洋舰的203毫米炮弹的攻击，广泛的内部隔舱可以最大程度地减少战斗损伤，其防护能力及火力都比条约型重巡洋舰强。“施佩伯爵海军上将”号设计作了些修改，增强了装甲防御。

德意志级战列舰的推进装置由8台MAN柴油机驱动双轴，每4台机驱动一个传动轴，转速为250转/分。在巡航状态下柴油机的振动小，高功率航行时的振动非常厉害，但服役后证明该级舰适航性能好，只是由于前部缺乏舷弧，逆浪航行时上浪严重。德意志号在满载排水量、输出功率为54000马力时的设计航速为26节，在轻装试航状态下，该舰以48390马力达到28节的航速，燃油贮备为3500吨。

德意志级战列舰主炮的配备在经过多次变更后，决定采用两座三联装炮塔，首尾各一的配置，主炮口径为279.2毫米，可发射304千克炮弹，射程30000码，仰角60°；另配有8门单管150毫米低仰角副炮，对称地布置在左、右两舷的中部；德意志号和舍尔海军上将号在完工时装备有3门88毫米高炮，1936年服役的“施佩伯爵海军上将”号设计还增加了防空火炮，包括8门88毫米高炮和分别布置在尾部两舷及中间的6门105毫米（3座双联装）高炮。此外，该级舰还配有8座双联装37毫米和20毫米近程高炮；在舰艉甲板上还装有两座4联装533毫米鱼雷发射管。

德意志级最初并未装备水上侦察机，德意志号直到1935年才装上一座弹射器和两架双翼的亨克尔（Heinkel）He-60水上飞机，之后即换装了单翼的阿拉道（Arado）Ar-196水上飞机，Ar-196也是舍尔海军上将号和施佩伯爵海军上将号的标准装备。

1938年，“施佩伯爵海军上将”号成为第一艘配备原始雷达设备的德国战舰，该设备探测距离仅为15km，而且用于武器控制时不能精确地指示目标，尽管如此，它还是在大战初期表现出了其价值，尽管实际上出于保密原因，雷达天线经常卸下来。

1936年，西班牙内战在欧洲爆发，德意志级三艘均参加了支持不干涉行动的海军封锁，在行动中，其前部炮塔顶部有红、白、兰三条色带作为识别标志。

1937年5月29日，“德意志”号在伊比萨港（Ibiza）停泊时遭到西班牙共和派飞机的攻击，命中两弹，未造成舰只损伤，但舰员死38人，伤78人，此次攻击是为了报复舍尔海军上将号两天前对共和军控制的阿尔米里亚港（Almeria）的炮击。

1939年8月底，随着战争的临近，德意志号和施佩伯爵海军上将号从威廉港出发，分别占据攻击北部和南部大西洋交通线的阵位，而舍尔海军上将号由于机械故障的困扰，留在本土水域。

1939年11月17日，德意志号更到达戈腾哈芬，第一次战斗巡航也随即结束。

1940年底，刚完成改装的“舍尔海军上将”号成功地从基尔运河北部突入大西洋。11月5日该舰对英国HX84护航船队发起进攻。该船队有39艘商船，仅由一艘装备较弱的辅助巡洋舰“贾维斯湾”号护航，尽管该舰被击沉，但为整个船队赢得时间分散，“舍尔海军上将”号仅击沉了5艘商船，这对整个船队来讲，损失并不重，但对于在北大西洋边缘的海运航线上出现袖珍战列舰，而迫使英国中断了海上交通。在此次攻击之后，“舍尔海军上将”号转向南面，进入印度洋，并未取得很大战果，该舰于1941年4月1日回到基尔，此后，该舰主要在波罗的海和挪威沿海活动，直到1942年11月再次回到威廉港作了一次长时间改装。

1942年初完成修理后，“吕佐夫”号活动于挪威海岸，主要威胁驶向摩尔曼斯克（Murmansk）给苏联运送战争物资的盟国运输船队。该舰和德国海军其它的大型舰只一起，不出海以保存燃料，并吸引了英国本土舰队的注意力，“吕佐夫”号和其它德国大型舰只在1942年12月31日的巴伦支海战斗中对处于劣势的皇家海军舰只表现极差。1943年10月初该舰被撤回，以准备为潜艇战提供一些可用的资源。

1943年，“舍尔海军上将”号完成了在威廉港海军船厂进行的长时间改装，再次出海，该舰成为一艘训练舰。由于燃油供应不足，最重要的是潜艇部队要求源源不断地提供受过训练的艇员，最后“吕佐夫”号和“舍尔海军上将”号被特定为批准拆毁的舰只，尽管只有一段时间曾设想将其加长改装成航空母舰。

1944年底，由于战局的发展，德意志级又重新投入作战行动，这次是在波罗的海，它们主要用于支援德国陆军，阻止苏军的前进。

1945年3月底，“舍尔海军上将”号都在德意志船厂作进一步改装，在此期间，出乎意料的是其防空火力又得到极大增强。

德意志级战列舰结合了岸防战列舰的武备和装甲巡洋舰的尺度与防护力，在凡尔赛条约的制约下，它们的设计是在可能的最小尺度上集中最大的攻击力量，它们将英军海军现代化的大型舰艇牵制在本土水域而使它们一度不能在更为需要的远东地区发挥作用，而在它们转入波罗的海支持陆军作战后，皇家海军才腾出大型舰只用于其它地区。

德意志级战列舰虽然作为展示德国技术的平台验证了该国设计人员的创造性，但是它们作为作战平台的价值相当有限。其虽为最新的水面袭击舰，但水面袭击已经过时。（现代舰船）