Боевой счет был открыт вечером 14 октября, когда торпеда с «Д-2» отправила на дно немецкий транспорт «Якобус Фрицен» (4090 брт.) с грузом угля. 19 октября 1942 года к югу от Треллеборга «Д-2» вышла в атаку на конвой (два железнодорожных парома в сопровождении вспомогательного крейсера и пяти сторожевиков). Шведский паром «Конунг Густав V» сумел уклониться от торпеды, а паром «Дойчланд» (2972 брт.), перевозивший отпускников норвежского легиона, получил попадание в корму. При взрыве погибло 24 человека, в том числе, по советским данным, Гулбранд Лунде — министр культуры в коллаборационистском правительстве Квислинга (на самом деле он погиб в автокатастрофе 25 октября 1942 года), ранено 29 человек, судно ремонтировалось до февраля 1943 года. Корабли сопровождения конвоя безуспешно сбросили на подводную лодку 16 глубинных бомб. 29 октября (по другим данным, 30-го) при возвращении на базу «Д-2» в 10 милях восточнее острова Богшер была обнаружена силами ПЛО противника и в течение четырех часов преследовалась сторожевым кораблем, который сбросил на лодку 48 глубинных бомб. В ночь на 7 ноября «Д-2» благополучно прибыла в Кронштадт.
В 1943 году лодка в море не выходила.
В свой следующий поход «Д-2» отправилась только 2 октября 1944 года. Практически сразу же после выхода подводную лодку начала преследовать череда поломок, продолжавшихся все время боевого патрулирования. 6 октября 1944 года в результате неисправности вертикального руля «Д-2» вынуждена была всплыть, и в течение получаса в светлое время суток она находилась в надводном положении, устраняя неисправность. 8 октября в районе Либавы лодка неудачно атаковала транспорт. 26 октября 1944 года «Д-2» в районе маяка Паппензее атаковала конвой. По словам командира, он наблюдал гибель атакованного транспорта в перископ, но со стороны противника подтверждения успеха «Д-2» нет. Корабли сопровождения контратаковали субмарину, сбросив на нее 5 глубинных бомб. Подводную лодку дважды ударило о дно, в результате чего вышел из строя вертикальный руль. Устранить повреждения в море было невозможно, и субмарине пришлось вернуться на базу. Результатом последней атаки многие отечественные источники называют уничтожение норвежского транспорта «Нина» (1371 брт.), который погиб на британской донной мине у датского города Орхус 27 октября 1944 года.
Следующий боевой поход прошел безрезультатно. Лодка трижды (23, 29 декабря 1944 и 3 января 1945 года) атаковала неприятеля, и, хотя командир заявил о потоплении 29 декабря 1944 года в районе Либавы транспорта, со стороны противника подтверждения этому нет.
