Корабль вступил в строй 23 сентября 1939 года, но из-за суровых условий зимы 1939—1940 годов крейсер так и не прошёл должного курса боевой подготовки экипажа и всесторонних испытаний и не мог считаться полностью боеготовой единицей к весне 1940 года, когда ОКМ (Верховное командование кригсмарине) запланировало его участие в операции «Weserübung» по захвату Норвегии.
Крейсер был назначен в состав группы по захвату норвежской столицы — Осло под командованием контр-адмирала Кумметца, перешедшего со штабом на «Блюхер». Отправной точкой операции был порт Свинемюнде. На борт погрузились 830 военнослужащих, в том числе около 200 сотрудников различных штабов, в том числе и два генерала — Энгельбрехт и Штуссман. Внутренние помещения и палуба крейсера были загромождены боеприпасами для десанта и прочими пожароопасными предметами. Общая стесненность на перегруженном людьми корабле, наличие большого количества посторонних ухудшали и без того невысокую боеспособность «Блюхера».
По пути в Осло корабли были дважды замечены британскими подводными лодками (HMS Triton и HMS Sunfish). Первой удалось выйти в атаку на крейсер, однако тот благополучно уклонился от торпед. В ночь с 7 на 8 апреля эскадра (в которую, помимо «Блюхера», также входили лёгкий крейсер «Эмден», тяжёлый крейсер «Лютцов» и миноносцы), вошла в Осло-фьорд. При входе во фьорд эскадра была замечена норвежским патрульным кораблём, быстро подбитым миноносцем «Альбатрос».
При движении через Осло-фьорд наиболее опасными для германской эскадры являлись узости, где располагались норвежские береговые батареи. Благополучно миновав проход между островами Болерне и Раной, охранявший вход во фьорд и подходы к главной военно-морской базе Норвегии Хортену и высадив часть десанта для захвата Хортена, корабли двинулись дальше. В проходе Дрёбак и близ острова Кахольм эскадра попала под огонь форта Оскарсборг, имевшего артиллерию главного калибра 11" дюймов (280 мм). Получив свыше 20 попаданий 280-мм и 150-мм снарядами, крейсер был серьёзно повреждён. Выход из строя руля из-за удара заставил корабль двигаться еще медленнее. Несмотря на это, корабль продолжил движение, когда в 5:20 последовали два подводных взрыва от двух торпед, выпущенных с береговой торпедной батареи «Кахольмен», скрытно расположенной в 500 метрах севернее главной батареи крепости.
В результате разрушающего действия снарядов, торпедных попаданий, а также непрекращающейся детонации боеприпасов на борту крейсера, на корабле возник пожар в средней части корпуса, гремели взрывы, от подводных пробоин постепенно увеличивался крен. Корабль потерял ход, а после серьёзного взрыва в погребе 105-мм боеприпасов распространение воды по отсекам стало неконтролируемым, резко увеличивая крен. Около 7 часов командир приказал покинуть корабль. В 7:22 «Блюхер» перевернулся и стал медленно погружаться в воду носом вперёд восточнее архипелага Асхолмене. Крейсер затонул на глубине 70 метров; после его погружения раздалось несколько подводных взрывов.
Точные данные о количестве погибших и раненых при гибели крейсера отсутствуют. По германским данным, погибло 125 членов экипажа и 122 участника десанта. Удалось спастись 38 офицерам корабля, 985 матросам и 538 солдатам и офицерам армии, в том числе обоим генералам.
Потеря «Блюхера» задержала взятие Осло. Норвежский король Хокон VII и его правительство смогли эвакуироваться в Великобританию вместе с золотым запасом страны, откуда продолжили борьбу за освобождение своей страны.
Командир крейсера капитан цур зее Фольдаг тяжело переживал гибель своего корабля. Он погиб всего через несколько дней, 16 апреля, в авиакатастрофе над Осло-Фьордом.
Затонувший корабль все еще находится на дне на глубине 90 метров в Осло-фьорде.