У міжвоєнний час пройшов усі ступені командування військовими кораблями та формуваннями, а також служив у Головному штабі ВМС Італії. Командував ескадреним міноносцем «Джачінто Каріні», дивізіоном міноносців, проходив службу на лінкорі «Андреа Доріа». З листопада 1934 року до березня 1936 року — начальник штабу 2-ї ескадри ВМС у Сато-Майоре. Надалі командував легкими крейсерами«Джованні делле Банде Нере», «Емануеле Дюка д'Аоста». У серпні 1937 року він був призначений головою Генерального директорату морської зброї Військово-морського міністерства.
Спочатку, близько 10:00, удар по італійських кораблях поблизу Порто Торрес завдали звичайні бомбардувальники, які, проте, не заподіяли їм ушкоджень. Флагман флоту, лінійний корабель«Рома» на якому перебував головнокомандувач адмірал К. Бергаміні спочатку вогню по літаках німців не відкривав, зважаючи на наказ головнокомандувача Збройних сил ІталіїмаршалаП'єтро Бадольйо не вступати у протиборство з німецькими військами. Але кораблі флоту змушені були відкрити вогонь по німецьких бомбардувальників, проте, зенітна артилерія не могла дістати цілей на такій відстані.
О 14:00 друга ударна хвиля із 17 літаків Do-217K-2 зі складу III./KG 100 з аеродрому Істр-Марсель піднялася в повітря. Перша керована бомба Fritz X була скинута з «Дорньє» оберлейтенанта Генріха Шметца та влучила у корму о 15:30. О 15:46 літак командира групи майораБ. Йопе атакував і отримав друге пряме влучення в корму лінкора «Рома», що істотно знизило його хід. Важка бронебійна бомба прошила корабель наскрізь і вибухнула у воді в районі котельних відділень № 7 і 8. Однотипний з «Ромою» лінкор «Італія» теж отримав пряме ураження авіабомбою; бомба, пробив дві броньові палуби, також вибухнула у воді.
О 15:52 лінкор отримав ще одне влучення, вже у середню частину корпусу «Роми». У результаті дій екіпажу бомбардувальника оберфельдфебеля Курта Штайнборна, здетонував боєзапас 6-дюймових снарядів, який, своєю чергою, викликав вибух і детонацію артилерійських льохів носових башт головного калібру. Корабель остаточно втратив хід і став стрімко наповнюватися водою. Зусилля екіпажу у боротьбі за живучість не дали результатів. Корпус «Роми» переломився й о 16:12 лінкор затонув.
Разом з кораблем загинув адмірал Бергаміні, начальник штабу з'єднання адмірал Станіслао Карачотті, командир корабля Адоне Дель Чіма, разом з іншими 1 254 членами екіпажу (66 з 71 офіцера та 1188 матросів). Лінкор «Італія», незважаючи на забір 1246 тонн води (830 після вибуху та ще 416 з метою компенсувати остійність судна), згодом зміг своїм ходом дійти до Мальти.
Спадщина
Тіло адмірала було знайдене та поховане у морі поблизу острову Асінара північніше Сардинії. У 1960 році до строю італійських ВМС увійшов фрегат названий на честь адмірала — «Карло Бергаміні». У 2011 році італійські військово-морські сили отримали на озброєння найсучасніший багатоцільовий фрегат нового типу «Карло Бергаміні», що будувався за програмою FREMM.