服役後，“長門”號戰列艦被用作日本聯合艦隊的旗艦，直到“大和號”戰列艦服役。從1920年開始服役到1941年大和號建成，這20年間，長門級戰列艦是日本海軍最強大的戰列艦，在日本民眾心目中壹直是海軍的象征，被譽為“民眾最知名的戰列艦”的稱號。
長門服役後發現前桅樓以上的建築阻擋了氣流，中樓氣流稀疏，導致氣流迅速下沈，形成空氣稀薄區。前煙囪靠近前桅樓，排出的煙和熱氣被吸入前桅樓上方的指揮所，值班官兵苦不堪言。之後雖然煙囪上臨時安裝了排煙罩，但效果並不好。因此，1924將長門號的前煙囪改為後彎形，以遠離桅桿樓，解決了前主桅桿樓與前煙囪距離過近而造成的排煙倒灌問題。長門牌的弧形煙囪已經成為日本人熟悉的特征。其他的小改動包括改裝船首(船首略向外展開以改進淩波)以及搭載水上飛機和彈射器。
2月2日，1941，長門發來“爬新山1208”的代號信息，向航行中的機動部隊下達了攻擊珍珠港的命令。
在太平洋戰爭中，長門號和綠奧號與大和號和武藏號壹起，被謹慎地用作最後決戰的主力艦。按照這個指導思想，再加上速度限制，太平洋戰爭壹開始就沒有參加作戰行動。戰後，日本海軍的戰列艦，包括長門級和大和級，因長期在廣島灣的竹島錨地待命，被頻繁出擊的航母隊軍官諷刺為“竹島艦隊”。