Важкий крейсер «Дорсетшир» узяв активну участь у бойових діях на морі в Другій світовій війні, бився в Атлантиці, біля берегів Англії та в Індійському океані, супроводжував транспортні конвої. За проявлену мужність та стійкість у боях бойовий корабель заохочений двома бойовими відзнаками.
У травні 1931 року важкий крейсер «Дорсетшир» спільно з однотипним «Норфолк» здійснив похід по Балтиці, відвідавши з візитами ряд балтійських портів.
4 січня 1938 року, разом з легким крейсером «Емеральд» і сістер-шипом «Норфолк» з 5-ї ескадри Східного флоту вирушили з Калькутти до Сінгапуру, де до квітня проходили флотські маневри, в основному, оборонного характеру.
Рятування членів німецького екіпажу лінкору «Бісмарк» британським крейсером «Дорсетшир». 27 травня 1941
У ході пошуку з метою знищення «Бісмарка» Королівський флот стягнув усі наявні сили: 4 лінкори і 2 лінійних крейсери, 2 авіаносці, 12 крейсерів і велика кількість есмінців. Вже 24 травня британські кораблі, що кинулись переслідувати німецьку групу, наздогнали противника і відкрили вогонь з метою затримати його до підходу своїх головних сил. Але після короткого артилерійського бою британці були змушені піти, чим скористався «Принц Ойген», який за наказом адмірала Г.Лют'єнса відокремився від «Бісмарка» і самостійно пішов в Атлантику (згідно з іншою версією, це сам «Бісмарк», щоб дати відірватися від переслідування крейсеру «Принц Ойген», повернув у бік британських кораблів і пов'язав їх коротким боєм). Зрештою, після тижневої погоні німецький лінкор наздогнали і 27 травня він був потоплений у бою з лінкорами «Кінг Георг V» і «Родні» та важкими крейсерами «Норфолк» і «Дорсетшир». «Саффолк» повернувся на базу раніше — близько 12.00 24 травня.
У 1990 році під час підводного обстеження експедицією під керівництвом Р. Балларда уламків «Бісмарка» було відзначено, що броня правого борта лінкора має численні вм'ятини і щербини глибиною в кілька сантиметрів — сліди влучень 203-мм снарядів важких крейсерів. За час бою вони випустили по німецькому кораблю 781 снаряд (527 — «Норфолк» і 254 — «Дорсетшир»).
Colledge, J. J.; Warlow, Ben (2006) [1969]. Ships of the Royal Navy: The Complete Record of all Fighting Ships of the Royal Navy (Rev. ed.). London: Chatham Publishing. ISBN 978-1-86176-281-8.
Raven, Alan; Roberts, John (1980). British Cruisers of World War Two. Annapolis, MD: Naval Institute Press. ISBN0-87021-922-7.
Whitley, M J (1995). Cruisers of World War Two: An International Encyclopedia. London: Arms and Armour Press. с. 104 & 109. ISBN1-85409-225-1.