17 сентября 1908 г. верфь "Блом унд Фосс" получила заказ на постройку линейного крейсера нового проекта под индексом "G". Согласно Hildebrand [7], киль этого корабля заложили 23 января 1909 г., по данным Conway [6] – 7 декабря 1908 г. Первоначально его спуск на воду был намечен на 22 марта 1910 г., но после некоторой задержки он сошел со стапеля 7 апреля 1910 г. Согласно установленным правилам, линейный крейсер должен был получить имя одного из известных немецких полководцев.
Генерал фон Мольтке-младший, в то время начальник германского генерального штаба, в своей речи во время обряда крещения корабля мог с полным правом сослаться на то, что его дядя, генерал-фельдмаршал граф фон Мольтке-старший, в честь которого был назван этот корабль, в соответствии с разработанными под его руководством планами сумел удачно включить военно-морские аспекты в общую концепцию обороны Германии.
После спуска со стапеля нового линейного крейсера в кайзеровском военно-морском флоте сложилось редкое положение, когда два боевых корабля носили одно и то же название, поскольку устаревший броненосный фрегат, уже носивший это же название, лишь 10 октября 1910г. был вычеркнут из списков флота.
Стапельный период для "Мольтке" составил 14 с половиной месяцев, достройка на плаву почти 18 месяцев. Всего постройка продолжалась2 года 8 месяцев. Проведение испытаний заняло для "Мольтке", как и для "Фон-дер-Танна", 6 месяцев. Хотя "Мольтке" заложили раньше "Индефатигебла", он был закончен постройкой значительно позже его. "Гебен" достроили уже после "Лайона", первого из следующего поколения английских линейных крейсеров, хотя он также был заложен раньше его Стоимость постройки 42 603 тыс. марок или 21 302 тыс. руб. золотом.
10 сентября 1911 г. "Мольтке" с заводским экипажем на борту вышел из Гамбурга на ходовые испытания в Северное море и перешел вокруг Ютландского полуострова в Киль. Здесь 30 сентября 1911 г. корабль приступил к испытаниям. 31 марта 1912 г. после испытаний корабль окончательно вошел в состав 1-й разведывательной группы вместо выведенного в резерв броненосного крейсера "Роон".
Кораблем командовали: капитан 1-го ранга фон Ман, капитан 1-го ранга фон Тихлер (сентябрь 1911 г. – январь 1913 г.), капитан 1-го ранга Левентцов (январь 1913 г. -январь 1916 г.), капитан 1-го ранга фон Карпф (январь 1916 г. – сентябрь 1916 г.), капитан 1-го ранга Гугас (сентябрь 1916 г. – декабрь 1918 г.), корветен-капитан Хюман и корветен-капитан Ширмахер (исполнявшие обязанности в мае 1918 г. – сентябре 1918 г.), капитан-лейтенант Крелингер (в период интернирования).
В начале ноября "Мольтке" принял участие в учебном походе 1-й разведывательной группы в Каттегат, но из-за штормовой погоды с 3 по 6 ноября 1911 г. он был вынужден встать на якорь у шведского берега в районе Уддевалла. Затем испытания продолжили в Данцигской бухте. Во время испытаний на мерной миле линейный крейсер достиг, правда, не с полной нагрузкой, наибольшей скорости 28,4 узла.
К 1 апреля 1912 г. корабль закончил все испытания. Однако он не стал флагманом 1 -й разведывательной группы, для чего был предназначен и оборудован, поскольку получил специальное задание. После посещения летом 1911 г. американской эскадрой Киля германскому флоту предстояло нанести ответный визит. По этой причине, согласно соглашению от 19 апреля 1912 г., была образована специальная дивизия крейсеров под командованием контр-адмирала Робер-Пашвица в составе линейного крейсера "Мольтке", легкого крейсера "Штеттин" и стационера в восточно-американских владениях Германии легкого крейсера "Бремен".
11 мая 1912 г. корабли дивизии вышли из Киля и 30 мая достигли мыса Генри, штат Вирджиния, где их уже ожидал "Бремен", чтобы войти в состав дивизии. 3 июня 1912 г. отряд, ведомый президентской яхтой "Мэйфлауэр" с президентом США Тафтом на борту, вошел на Хэмптонский рейд. Здесь их приветствовал почти весь Атлантический флот США во главе с адмиралом Уинслоу. 8/9 июня 1912 г. дивизия отплыла дальше в Нью- Йорк. Экипажи кораблей были приглашены на встречи не только с немецкими землячествами, но также с известными миллионерами немецкого происхождения. 13 июня 1912 г. после окончания визита дивизия отплыла из Нью-Йорка. "Бремен" вернулся в Балтимору, "Мольтке" и "Штеттин" на родину. 24 июня 1912 г. "Мольтке" был уже в Киле, 25 июня отряд расформировали.
Выполняя с 4 по 6 июля 1912 г. следующее специальное задание, "Мольтке" в качестве почетного эскорта сопровождал яхту с кайзером Вильгельмом II на борту во время его визита в Либаву для встречи с Николаем II.