เรือชั้น กิลเลียมลำแรกเข้าประจำการในช่วงปลายปี 1944 โดยเข้าร่วมการรบครั้งแรกในยุทธการที่ลูซอนหรือยุทธการที่อิโวะจิมะเรือหลายลำในชั้นนี้เข้าร่วมในการรุกรานโอกินาวาซึ่งปรากฏว่าเป็นการรบเพียงครั้งเดียวที่เรือรุ่นหลังๆ ได้เข้าร่วมการรบจริง อย่างไรก็ตาม เรือทุกลำในชั้นนี้ได้ปฏิบัติภารกิจขนส่งสินค้าและลำเลียงต่างๆ ทั่วทั้งมหาสมุทรแปซิฟิกในช่วงปีสุดท้ายของสงคราม

ในช่วงหลังสงครามโดยทันที เรือรบตระกูล กิลเลียมเช่นเดียวกับเรือขนส่งโจมตีประเภทอื่นๆ ส่วนใหญ่ ถูกนำมาใช้ในการขนส่งทหารสหรัฐฯ เพื่อปฏิบัติภารกิจยึดครองในญี่ปุ่นจีนเกาหลีและ สถานที่ อื่นๆในตะวันออกไกล ที่เคยถูก กองทัพจักรวรรดิญี่ปุ่นยึดครองและต่อมาได้เข้าร่วมใน ปฏิบัติการพรมวิเศษ ( Operation Magic Carpet ) ซึ่งเป็นการขนส่งทางทะเลครั้งใหญ่ที่จัดขึ้นเพื่อนำทหาร ปลดประจำการหลายแสนนายกลับไปยังสหรัฐอเมริกา

เมื่อสงครามสิ้นสุดลง กองทัพเรือสหรัฐฯ พบว่าตนเองมีเรือมากกว่าที่ต้องการในยามสงบ การประเมินผลกระทบที่ไม่ทราบแน่ชัดของอาวุธนิวเคลียร์ต่อกองเรือจึงเป็นเรื่องสำคัญลำดับต้นๆ หลังสงคราม ส่งผลให้มีการจัดตั้งกองกำลังเฉพาะกิจร่วมเพื่อวางแผนและดำเนินการ ทดสอบ ระเบิดปรมาณูที่อะทอลล์บิกินีในฤดูร้อนปี 1946 การทดสอบเหล่านี้รู้จักกันในชื่อปฏิบัติการครอสโรดส์โดยจะดำเนินการกับเรือเป้าหมายไร้คนขับจำนวนมากเพื่อตรวจสอบผลกระทบของการระเบิดปรมาณูต่อเรือประเภทต่างๆ เรือรบ ตระกูล กิลเลียมถูกระบุว่าเหมาะสมกับการทดสอบ ไม่ใช่เพราะความด้อยกว่าหรือไม่มีคุณค่า (ในความเป็นจริงแล้ว เรือเหล่านี้ค่อนข้างใหม่และสร้างมาอย่างดี) แต่เป็นเพราะได้รับการออกแบบโดยคำนึงถึงหน้าที่ในยามสงครามโดยเฉพาะและมีความสามารถในการปรับตัวเข้ากับบทบาทอื่นๆ น้อยมาก ความต้องการเรือขนส่งโจมตีเฉพาะทางเหล่านี้ได้หมดไปแล้ว และเนื่องจากความสามารถในการบรรทุกสินค้าและความทนทานมีจำกัด คณะกรรมการการเดินเรือจึงไม่มีความจำเป็นต้องใช้เรือเหล่านี้ในกองเรือพาณิชย์ในยามสงบ ด้วยเหตุนี้ เรือจำนวนมากจึงถูกจัดสรรให้กับการทดสอบระเบิดปรมาณู เนื่องจากเรือประเภทนั้นมีลักษณะเฉพาะที่เหมาะสมกับกองเรือช่วยรบของกองทัพเรือในเวลานั้น

เรือรบชั้น กิลเลียมทั้งหมด ยกเว้น 5 ลำถูกส่งไปยังเพิร์ลฮาร์เบอร์ในช่วงต้นปี 1946 เพื่อเตรียมการทดสอบ จากเรือ 27 ลำนี้ 6 ลำถูกปลดประจำการก่อนการทดสอบและไม่ได้ถูกใช้งาน 2 ลำถูกจมในการทดสอบเอเบิลและอีก 12 ลำถูกทิ้งไว้ในสภาพที่เสียหายหรือมีกัมมันตรังสี ซึ่งจำเป็นต้องจมลงโดยเจตนาในอีกหลายเดือนต่อมา เรือที่เหลืออีก 7 ลำตั้งอยู่ห่างจากเป้าหมายหลักมากพอที่จะหลีกเลี่ยงความเสียหาย ทำให้สามารถจัดหาลูกเรือใหม่และใช้งานต่อไปได้อีกระยะหนึ่ง หนึ่งในนั้นคือ เรือ แอปปลิงซึ่งได้รับเลือกให้เป็น "เรือตรวจจับ" สำหรับการทดสอบครั้งที่สาม ซึ่งกำหนดชื่อว่าชาร์ลีซึ่งเป็นการทดสอบในน้ำลึกของระเบิดชนิดเดียวกับที่ใช้ใน การทดสอบ เบเกอร์การทดสอบชาร์ลีถูกยกเลิกหลังจากระดับกัมมันตรังสีที่สูงเกินคาดที่เกิดจาก การระเบิด ของเบเกอร์แต่หากการทดสอบดำเนินต่อไปเรือแอปปลิงจะได้รับการติดตั้งอุปกรณ์ในลักษณะเดียวกับเรือ USS LSM-60 เพื่อสนับสนุนและจุดระเบิดระเบิดในที่สุด เป็นไปได้มากว่าแอปปลิงจะถูกทำลายไปในการระเบิด แต่โชคชะตานำพาให้เธอได้กลับไปยังสหรัฐอเมริกาและถูกเก็บรักษาไว้ร่วมกับพี่น้องของเธอที่เหลือซึ่งรอดชีวิตหรือหลีกเลี่ยงการทดสอบได้

ในเดือนกันยายน ปี 1945 เรือสี่ลำ ( แคลเรนดอน , เครนชอว์ , เอลคาร์ทและการ์ราร์ด ) ได้รับเลือกให้ดัดแปลงเป็นเรือสำรวจ (AGS) แต่การดัดแปลงเหล่านี้ถูกยกเลิกก่อนการทดสอบระเบิดปรมาณูในปีถัดมา ด้วยเหตุนี้ เรือชั้น กิลเลียม ที่เหลือทั้งหมด จึงถูกปลดประจำการภายในปี 1947 และไม่ได้ใช้งานในกองทัพเรือ (หรือการเดินเรือพาณิชย์) อีกต่อไป ข้อยกเว้นเพียงลำเดียวคือเบอร์เลสันซึ่งแม้จะถูกปลดประจำการแล้ว แต่ก็ยังคงใช้งานในกองทัพเรือในฐานะเรือฝึกจนถึงวันที่ 1 กันยายน ปี 1968 ต่อมามีการพิจารณาอย่างจริงจังที่จะใช้เรือเหล่านี้เป็นสถานีผลิตไฟฟ้าเคลื่อนที่ เนื่องจากโรงไฟฟ้าเทอร์โบไฟฟ้าของเรือถือเป็นทรัพย์สินที่สำคัญที่สุดและสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าได้ในปริมาณมาก อย่างไรก็ตาม โครงการนี้ไม่ประสบความสำเร็จและถูกยกเลิกในที่สุด เรือที่เหลือในชั้นนี้ถูกขายให้กับบริษัทรื้อถอนในช่วงปลายทศวรรษ 1960 โดยออเดรน (APA-59)กลายเป็นเรือลำสุดท้ายที่ยังคงเหลืออยู่ก่อนที่จะถูกรื้อถอนในปี 1973