В полдень 15 июля «Л-3» в паре с «С-8», имея на буксире по три торпедных катера, вышли из Таллина и под эскортом тральщиков взяли курс в Балтийское море. В районе мыса Ристна подводная лодка пошла самостоятельно. Целью второго похода «Л-3» являлась Данцигская бухта, где подводная лодка должна была выставить минное заграждение.
Утром 19 сентября севернее мыса Брюстерорт субмарина выставила 20 мин прямо в кильватер немецких тральщиков. Вечером этого же дня в направлении минного заграждения на «Л-3» услышали сильный взрыв, а спустя 40 минут взрывы глубинных бомб. Так как упоминающийся в качестве минного успеха «Л-3» финский транспорт «Цисиль» (1847 брт.), скорее всего, погиб 23 августа 1941 года на германской мине, причина взрывов пока неясна. По германским данным, это заграждение было случайно обнаружено в апреле 1942 года. Продолжая оставаться в Данцигской бухте, «Л-3» приступила к поиску объектов для торпедной атаки, но таковых обнаружено не было, зато сама субмарина стала объектом охоты, 24 июля подвергшись безрезультатной атаке вражеского самолета.
27 июля «Л-3» получила приказ о возвращении в базу. Вечером этого же дня подводная лодка была обнаружена немецкими тральщиками из состава 31-й флотилии, которые всю ночь преследовали субмарину. От разрывов глубинных бомб на «Л-3» разошлись швы топливной цистерны, нарушилась расклинка батарей, аккумуляторную яму начало заливать соляром. Оторвавшись от преследования, днем 30 июля «Л-3, в районе мыса Ристна была встречена советскими тральщиками и под их эскортом сопровождена в Триги. На переходе подводная лодка села на мель и повредила рули. 31 июля «Л-3» прибыла в Таллин, откуда в сопровождении тральщиков и минного заградителя «Марти» перешла в Кронштадт.
После небольшого ремонта в сентябре «Л-3» стали готовить к прорыву на Север через Датские проливы, но, к счастью, операцию отменили. Опасаясь прорыва немецких кораблей к Ленинграду, советское командование выделило часть подводных лодок для охраны подступав к Кронштадту. В конце сентября «Л-3» поступила в распоряжение командира передового отряда КБФ и перешла к острову Гогланд, где вечером 1 октября безуспешно атакована финскими торпедными катерами «Сису» и «Вуоли» на рейде в бухте Сууркюля. Катера прорвались благодаря халатности коменданта островного района. К счастью, выпущенные ими торпеды в цель не попали и взорвались в 15 м от субмарины. «Л-3» открыла ответный огонь. По свидетельству П. Д. Грищенко, один из снарядов, выпущенный с лодки, попал в машинное отделение торпеды одного из катеров, убив его командира. Финны, в свою очередь, заявили о потоплении своими торпедными катерами в районе Гогланда двух советских тральщиков. 16 октября во время шторма от ударов о борт «Щ-310» «Л-3» получила повреждения топливных и балластных цистерн и через два дня вернулась в Кронштадт.
