17 декабря 1941 г. «Литторио» участвовал в первом бою в заливе Сирт. Итальянская эскадра осуществляла прикрытие конвоя в Ливию, когда от немецкого самолета-разведчика поступила информация об отряде английских кораблей, вышедшем с Мальты. В действительности это был танкер (ошибочно принятый немцами за линкор) в охранении трех крейсеров и двенадцати эсминцев. Якино бросил против них «Литторио», «Дориа» и «Чезаре» в охранении двух крейсеров и десяти эсминцев. В 17.53 итальянцы вышли на визуальный контакт с англичанами и открыли огонь с дальних дистанций, под прикрытием которого итальянские эсминцы попытались выйти в торпедную атаку. Английские корабли, отстреливаясь, отошли под прикрытием дымовой завесы. Уже в 18.00 бой окончился безрезультатно для обеих сторон. 19 декабря итальянский конвой достиг Триполи.
22 марта 1942 г. состоялся второй бой в заливе Сирт. В 14.24 по разведданным, полученным от подводных лодок, итальянское соединение из трех тяжелых крейсеров и четырех эсминцев атаковало английский конвой, шедший из Александрии на Мальту. Ответные действия англичан последовали незамедлительно. В то время, как крейсер и шесть эсминцев продолжали непосредственное охранение конвоя, остальные четыре крейсера и двенадцать эсминцев, заставили итальянцев начать немедленный отход под интенсивным огнем, открытым в 14.35. Положение сторон изменилось в 16.18, когда к месту боя подошел «Литторио» с тремя эсминцами. На море бушевал шторм, налетавшие дождевые шквалы и дымовые завесы англичан существенно затруднили итальянцам ведение огня. В 18.30 английские эсминцы произвели дерзкую торпедную атаку, отбитую шквальным огнем итальянской корабельной артиллерии. Один из английских эсминцев («Лайвли») получил попадание 381-мм снарядом, а на юте «Литторио» разорвался английский 120-мм снаряд, повредивший палубный настил. Форс пламени из стволов кормовых 381-мм орудий вызвал воспламенение самолета на катапульте, что послужило для англичан поводом считать достигнутым торпедное попадание в итальянский линкор. С наступлением темноты бой завершился. При возвращении на базу во время сильного шторма затонули два итальянских эсминца.
Очередная попытка предотвратить проводку английского конвоя на Мальту, предпринятая итальянской эскадрой 12–16 июня 1942 г., увенчалась успехом: конвой был принужден возвратиться. «Литторио», «Витторио Венето», четыре крейсера и десять эсминцев вышли из Таранто 14 июня. Британский самолет-разведчик своевременно обнаружил итальянские корабли, после чего на них последовали многочисленные воздушные атаки. В 9.05 15 июня «Литторио» получил попадание фугасной авиабомбой среднего калибра с американского высотного бомбардировщика «В-24» во вторую 381-мм башню. Результатом этого попадания явились повреждение башенного дальномера и осколочные пробоины в палубном настиле полубака. Гораздо более серьезные повреждения кораблю причинило попадание авиаторпеды с самолета «Веллингтон» в 23.39. Торпеда взорвалась в носовой части по правому борту в районе 194 шпангоута за пределами конструктивной подводной защиты. Корабль принял около 1 600 тонн забортной воды, еще 350 тонн приняли в кормовые отсеки для выравнивания крена и дифферента. Линкор своим ходом возвратился в базу и уже 27 августа ремонт повреждений завершился. 13 ноября 1942 г. «Литторио» перешел в Неаполь, однако 4 декабря возвратился в Таранто. С декабря 1942 г. по июнь 1943 г. линкор использовался для обеспечения противовоздушной обороны Таранто, Специи и Генуи. 14 апреля 1943 г. во время массированного налета на Специю он получил попадание авиабомбой в левый борт второй 381-мм башни. Бронирование было пробито, осколки повредили палубный настил. Ремонт повреждений выполнили верфи Специи.
После падения 25 июля 1943 г. режима Муссолини «Литторио» переименовали в «Италию». 9 сентября, находясь на переходе морем «Италия» подверглась атаке немецких бомбардировщиков «До-217», использовавших тяжелые радиоуправляемые бронебойные планирующие авиабомбы «Фриц-Х» (масса 1570 кг, масса ВВ 300 кг, вероятность попадания в маневрирующую цель типа крейсер 0.3, высота применения 6–8 км, бронебойное действие 120–150 мм). Одна из таких бомб попала в палубу полубака в районе 162 шпангоута и вышла через бортовую обшивку, детонировав в воде у борта. Повреждению подверглось 190 кв. метров обшивки в подводной части, поступление забортной воды составило 830 тонн (еще 400 приняли для выравнивания крена и дифферента). Другая бомба взорвалась в воде вблизи от левого борта, вызвав обводнение топлива в близлежащих цистернах.
После короткой стоянки на Мальте «Италия» вместе с «Витторио Венето» подверглась интернированию в Большом Горьком озере (зона Суэцкого канала) с 18 сентября 1943 г. по 4 февраля 1946 г. Затем 9 февраля линкор прибыл в Августу (Сицилия), откуда перешел в Специю. Ввиду того, что по условиям Парижского мирного договора «Италия» отходила к США, 1 июня 1948 г. корабль исключили из списков итальянского флота.
Так как правительство США согласилось на разделку линкора на металлолом в Италии, он был окончательно разобран в Специи к 1955 г.
За годы войны «Литторио»-«Италия» выполнил 46 боевых заданий, пройдя 13 583 мили за 755 ходовых часов и израсходовав 17 740 тонн топлива. В ремонтах и доках корабль провел 251 день.
Третий линкор серии, строившийся по несколько улучшенному проекту, получил свое наименование в честь «вечного города» — столицы Италии. Корабль заложили 18 сентября 1938 г. на верфи «Кантьери Риунити дель Адриатико» в Триесте на том же стапеле, с которого сошел «Витторио Венето». «Рома» был спущен на воду 9 июня 1940 г. и вошел в строй 14 июня 1942 г. 21 августа он прибыл в Таранто, войдя в состав 9 дивизии. Нехватка топлива не давала возможности провести даже минимум выходов в море для боевой подготовки и отработки экипажа.
В июне 1943 г. на рейде Специи корабль получил ряд боевых повреждений в ходе налетов авиации союзников. 5 июня в 13–59 две 908-кг бронебойные бомбы вызвали обширное затопление в носовой части. Одна из бомб пробила палубу полубака и борт в районе 222 шпангоута и, взорвавшись в воде по правому борту, повредила 32 кв. метра подводного борта.
Вторая бомба взорвалась в воде с левого борта в районе 200 шпангоута, повредив 30 кв. метров подводного борта. Корабль принял 2 350 тонн забортной воды. Положение могло оказаться еще серьезнее, окажись бомбы не бронебойными, а фугасными.
8 ночь с 23 на 24 июня еще две авиабомбы поразили «Рому»: одна пробила ют и вызвала разрушения в подпалубных помещениях, а вторая взорвалась на лобовой плите третьей 381-мм башни, причинив окружающим конструкциям мелкие повреждения.
Следствием всех этих повреждений стал уход линкора на ремонт в Геную, куда он прибыл 1 июля. В Специю корабль возвратился 13 августа.
9 сентября 1943 г. «Рома» под флагом адмирала К. Бергамини во главе итальянской эскадры вышел в море, направляясь якобы в район Салерно для удара по десантным силам союзников, однако вскоре итальянцы изменили курс и направились для сдачи союзникам на Мальту. Немецкая разведка быстро выявила план своих бывших союзников, и вскоре немецкие самолеты «До-217», вооруженные тяжелыми радиоуправляемыми планирующими авиабомбами «Фриц-Х», настигли итальянскую эскадру в Сардинском заливе. Первая атака в 15.37 окончилась безрезультатно, но вторая, последовавшая через 15 минут, привела к вышеописанному повреждению «Италии» и гибели «Ромы», пораженного двумя бомбами. Первая бомба попала в палубу полубака по правому борту между 100 и 108 шпангоутами, прошла через отсеки конструктивной подводной защиты и детонировала в воде под корпусом корабля, вызвав большие разрушения его подводной части с интенсивным поступлением забортной воды. В считанные минуты вода затопила кормовое машинное отделение, третью электростанцию, седьмое и восьмое котельные отделения. Повреждение кабелей вызвало многочисленные замыкания и возгорания электрооборудования в кормовой части. Корабль покинул строй соединения, резко сбавив ход. В 16.02 вторая бомба поразила линкор в палубу полубака по правому борту между 123 и 136 шпангоутами. Пройдя через все палубы, она взорвалась в носовом машинном отделении, после чего начался большой пожар с последующей детонацией носовой группы артиллерийских погребов. Форс пламени вырвался из барбета второй 381-мм башни на несколько десятков метров вверх, сама башня, сорванная со своего места, была выброшена далеко за борт. После серии взрывов корпус переломился в районе носовой надстройки, линкор, кренясь на правый борт, опрокинулся и пошел ко дну, унося с собой жизни 1 253 человек из 1849, составлявших его экипаж. (Помимо этого, имеются данные о том, что на корабле находились члены семей некоторых офицеров корабля). Координаты гибели линкора: широта 42°10′N, долгота 8°40′ Ost.
