Skibet var i stor tjeneste under Anden Verdenskrig, som Italien gik ind i i juni 1940. Hun opererede ofte mod britiske konvojer til Malta i Middelhavet, og efter at den nordafrikanske kampagne begyndte, eskorterede hun italienske konvojer for at støtte de italiensk-tyske styrker, der kæmpede der. I løbet af disse operationer deltog hun i slagene ved Calabria, Cape Spartivento og First
og Anden Sirte. "Gorizia" blev også angrebet adskillige gange af allierede bombefly mens den var i havn, hvilket kulminerede i et større raid i april 1943, der påførte skibet alvorlige skader. Under reparation, da Italien overgav sig til de allierede i september, blev skibet beslaglagt af besættelsesmagten i Tyskland, som fandt skibet ubrugeligt og opgav det. I 1944 forsøgte italienske og britiske frøfolk uden held at sænke skibet. Efter Tysklands nederlag i 1945 besluttede den italienske flåde, at skibet ikke længere kunne repareres økonomisk, og derfor blev skibet ophugget til skrot i 1947.