Pada awal operasinya, Sydney digunakan untuk menguatkuasakan sekatan semasa berlakunya krisis Abyssinia, dan apabila Perang Dunia Kedua tercetus, kapal ini diberi tugasan mengiring konvoi dan meronda pantai dalam perairan Australia. Pada bulan Mei 1940, Sydney menyertai Armada Mediterranean British untuk tugasan selama lapan bulan. Semasa penugasan ini, Sydney berjaya menenggelamkan dua kapal perang Itali, berkali-kali mengambil bahagian dalam pengeboman sasaran di darat, dan menyokong Konvoi Malta sambil hanya menerima kerosakan ringan tanpa sebarang kerugian nyawa anak kapalnya. Sydney pulang ke Australia pada bulan Februari 1941 dan meneruskan tugasannya sebagai kapal pengiring dan peronda dalam perairan negara.
Pada 19 November 1941, Sydney terlibat dalam pertempuran dengan penjajap auksiliari Jerman, Kormoran. Kedua-dua kapal saling membinasakan sesama sendiri dalam pertempuran ini dan kesemua anak kapal Sydney menjadi korban. Bangkai kedua-dua kapal hilang sehinggalah tahun 2008; Sydney dijumpai pada 17 Mac tahun itu, lima hari selepas penemuan bangkai lawannya. Kekalahan Sydney sering kali disandarkan pada jarak dekat kedua-dua kapal semasa bertempur, dan kelebihan Kormoran dari segi kejutan dan tembakannya yang laju dan tepat. Namun demikian, kehilangan penjajap dengan semua anak kapal berbanding nasib anak kapal Jerman yang terselamat, telah menimbulkan kontroversi dengan beberapa orang mengatakan yang komander Jerman menggunakan helah yang diharamkan untuk mengumpan Sydney agar menghampirinya (dan masuk ke dalam jarak tembakan), yang sebuah kapal selam Jepun juga terlibat, dan bahawa kejadian sebenar pertempuran diselindungi.
.jpg)