Великую Отечественную войну экипаж лодки встретил на Балтийском заводе, куда её перевели для ремонта с Северного флота. Подводники делили тяготы блокадной зимы 1941–1942 годов с ленинградцами. Подводная лодка Д-2 под командованием капитана 3 ранга Р. В. Линденберга свой первый боевой поход совершила в 1942 году (с 23 сентября по 4 ноября). Уже на следующие сутки после выхода она угодила в противолодочную сеть. Дали самый полный ход вперед с одновременным продуванием цистерн главного балласта. Лодка всплыла, но от сети не избавилась. Две ночи (днем погружались, чтобы противник не обнаружил лодку) аварийная партия на волнении в холодную погоду рубила стальные тросы. Работой руководил капитан-лейтенант С. Н. Богорад (впоследствии командир одной из балтийских «щук», Герой Советского Союза). Д-2 прорвалась в Южную Балтику, торпедировала у острова Борнхольм транспорт «Якубус Фрицен», а через пять дней атаковала конвой, в состав которого входили два железнодорожных парома, перевозившие солдат вермахта. Один из этих паромов был серьезно поврежден, погибло более 600 солдат и офицеров. Лодку преследовали противолодочные корабли, в течение четырех часов на нее было сброшено 48 глубинных бомб, но Д-2 благополучно вернулась в Ленинград, где ее встречал сам Главком ВМФ Николай Герасимович Кузнецов. А всего на боевом счету лодки – 12 торпедных атак, четыре вражеских транспорта…
До 1956 года Д-2 находилась в составе Балтийского флота. Затем она была выведена из боевого состава ВМФ и переоборудована в учебно-тренировочную станцию по борьбе за живучесть (УТС-6). На этой станции отрабатывались приемы борьбы с поступающей внутрь прочного корпуса подводной лодки водой, пожарами, за живучесть технических средств, а также задачи легководолазной подготовки. В таком качестве подводная лодка прослужила в ВМФ еще 31 год до 1987 года.
