為了防禦魚雷、水雷和炸彈的攻擊，“大和”號和“武藏”號都有裝甲防護。舷部有5層鋼板的防護，最大厚度410毫米，創造了當時戰列艦裝甲厚度的最高紀錄。底部也有3層鋼板防護。全艦裝甲總重竟達2100多噸。艦體水下部分若中一枚魚雷，不會影響戰鬥力；同一舷若中兩枚魚雷，由進水造成的傾斜不會超過5度，仍能堅持戰鬥。
日本軍國主義花費巨資而苦心營造了這兩艘大型戰艦，以為憑其堅甲巨炮便可叱吒風雲於太平洋，抗衡英美於“太東亞”的防線以外。他們自譽這兩艘軍艦為日本國防的“中流砥柱”，故在幾次重要的水麵艦艇會戰中，日軍都沒有舍得亮出這兩張“王牌”。
1944年10月，美軍進行奪取菲律賓的登陸戰時，選擇了菲律賓群島中部的萊特島作為登陸點，因而觸痛了日本人。因為，菲律賓是日本人內側防線的最大基地。日本人認為這是海上決戰的最後時刻，必須使用全部海軍和所有可用的陸軍和空軍兵力，這樣，才動用了這兩張“王牌”。
1944年10月22日，“大和”號和“武藏”號兩艦從婆羅乃灣錨地出發，準備在25日淩晨到達萊特灣，用優勢的炮火出其不意地壓製美國的登陸部隊。然而，它們在突襲途中，就被美國航空母艦上的偵察機發現了。24日上午10時至下午2時，從特混艦隊起飛的250架美國飛機分5個波次連續攻擊日艦隊。盡管日本海軍艦隊的1000餘門火炮猛烈進攻，仍無法扼製美軍飛機的密集轟炸，結果“武藏”號被20枚魚雷、17顆炸彈擊中，不到5小時就沉沒了，艦上2399人中有1023人喪生。“大和”號等艦在這次戰鬥中雖幸免於難，但也帶傷逃竄回日本本土。
1945年4月1日，美國在衝繩島登陸，戰火直逼日本家門。為了挽回敗局，日軍妄想采用引敵圍殲的“菊水作戰”
方針。由“大和”號戰列艦、1艘巡洋艦和8艘驅逐艦組成的編隊，在第二艦隊司令伊藤整一中將率領下於4月6日下午4時從瀨戶起航，企圖在4月9日趕到衝繩島海麵的美海軍軍艦集結地，對美艦發起攻擊。然而，艦隊剛剛出港，就被在附近潛伏的美潛艦“線鰭魚”號發現並跟蹤。7日淩晨，日艦編隊剛剛越過大隅海峽，就進入了美航空母艦偵察機的巡邏警戒圈。12時40分，日本編隊遭到美艦載飛機的3波次攻擊。這次，美軍共出動1000架次艦載飛機，“大和”號被12枚魚雷和7枚炸彈擊中，大量海水湧入艦體，後來彈藥艙又發生爆炸，致使艦體迅速傾倒。下午2時23分，世界上最後一艘最大的戰列艦在出航後不到一天的時間內，便夾著眾多的血肉，一同沉於海底，艦上2767名艦員中僅有269人生還。超級巨艦“大和”號和“武藏”號的沉沒，標誌著“大艦巨炮主義”的滅亡，也宣告了戰列艦時代的結束，它告訴人們一個全新的海戰觀念：沒有製空權就沒有艦艇行動的自由權。此後，集海、陸、空於一體的航空母艦得到迅速的發展和壯大。
在第二次世界大戰中，大約有60艘戰列艦參戰，其中約有1／3被擊沉或擊毀。第二次世界大戰後，由於導彈、核武器的出現和廣泛裝備，國際上出現了“大型軍艦已經過時”、“大型軍艦在導彈、核武器麵前不堪一擊”的議論。在美國內部，“航空母艦派”和“戰列艦派”相互攻擊。結果，“戰列艦派”敗北，“航空母艦派”贏得了廣泛的支持。在這種情況下，各戰列艦擁有國從20世紀50年代中期起紛紛將戰列艦退役，其中，一部分報廢而拆卸鋼板，另一部分先是轉為後備役，後被逐步封存。到20世紀50年代末期，戰列艦基本從海上消失了。
20世紀60年代的侵越戰爭和其後的中東戰爭期間，美國海軍曾兩次重新啟用已被封存的戰列艦“新澤西”號。這艘老牌戰艦在戰鬥中也發揮了其應有的作用，但一直未能拯救戰列艦的命運，使用了不長的時間後，又被重新封存。
美國“依阿華”戰列艦