До 16 сентября «Щ-308» простояла на ремонте в Ленинграде. В тот же день легкий корпус и надстройка лодки были повреждены в результате налета вражеской авиации, и субмарину перевели в Кронштадт, а 27 сентября обратно в Ленинград, где ремонт был продолжен. На переходе подводная лодка села на мель и попала под артобстрел с берега. Подошедший сторожевой катер снял экипаж корабля и высадил его в безопасном месте на берегу. Этот случай стал еще одним пунктом в обвинении командира «Щ-308».
20 октября 1941 года военный трибунал КБФ рассмотрел дело командира «Щ-308» А. Ф. Маркелова и приговорил его к расстрелу. К счастью, приговор не был приведен в исполнение. Очевидно, пройдя через штрафбат, бывший командир подводной лодки был восстановлен в звании. 13 марта 1945 года уже капитан 3-го ранга Александр Филиппович Маркелов был назначен командиром 12-го дивизиона катеров-тральщиков КБФ.
Зиму 1941/42 года «Щ-308» простояла в Ленинграде. 14 февраля стоящая в ремонте подводная лодка получила дополнительные повреждения от разорвавшегося рядом артиллерийского снаряда. В апреле 1942 года на «Щ-308» назначили нового командира. Им стал Автомонов Иван Васильевич (ранее командовал «М-79»).
19 июля 1942 года «Щ-308» перешла в Кронштадт, а 23 июля вышла на позицию в район банки Штольпе к востоку от Померанекой бухты, однако по прибытии лодки на Лавенсари обнаружилось, что корабль к походу не готов. Субмарина имела отрицательную плавучесть в 4 тонны, к тому же из-за слабой подготовки личного состава на переходе «Щ-308» повредила кормовые горизонтальные рули. Лодку вернули в Кронштадт, и 22 июля 1942 года капитан-лейтенант Автомонов был снят с должности, а на его место назначен капитан 3-го ранга Костылев Лев Николаевич (ранее командовал «М-71» и «М-77»).
15 сентября 1942 года «Щ-308» в паре с «С-9» в охранении тральщиков и малых охотников вышла из Кронштадта на Лавенсари, откуда 18 сентября вышла в боевой поход. 22 сентября лодка заняла позицию в районе острова Утё. 20 октября 1942 года командир лодки доложил по радио, что лодкой уничтожено 3 транспорта противника общим водоизмещением 16 000 тонн, но «Щ-308» имеет повреждения и просит «добро» на возвращение. Начальник штаба бригады ПЛ капитан 1-го ранга Л. А. Курников в двух радиограммах приказал «Щ-308» возвращаться, но лодка в Кронштадт так и не вернулась. Вместе с «Щ-308» в море навсегда остались 40 человек ее экипажа.
По поводу гибели «Щ-308» существует несколько версий: подводная лодка стала жертвой торпед финской субмарины «Ику Турсо» на переходе к проливу Серда-Кваркен 27 октября 1942 года, но, принимая эту версию, непонятно, почему поврежденная лодка остается на позиции еще неделю, имея приказ на возвращение; либо «Щ-308» была потоплена таранным ударом противолодочного корабля «Шифф-47», который 19 октября 1942 года в районе Утё атаковала подводная лодка. Кроме того, «Щ-308» могла погибнуть на пути домой от полученных повреждений в результате этого удара. Также, вероятно, «Щ-308» могла погибнуть у острова Тайкесаари от глубинных бомб и артогня финского сторожевого катера «VMV-2» 20 октября 1942 года. Не исключен подрыв подлодки на мине заграждения «Насхорн», «Юминда» или «Зееигель». Результативность последнего похода тоже требует уточнения. В некоторых источниках указывается 2 торпедные атаки с выпуском 3 торпед, в результате чего 28 сентября 1942 года поврежден транспорт «Хёрнум» (1467 брт.). Другие источники предполагают четыре безрезультативные атаки: 2 октября 1942 года у Ханко атакован финский минный заградитель «Руотсинсальми» и финский транспорт «Ванда» (эта атака также может принадлежать «Щ-307»), 7 октября у острова Утё — германское госпитальное судно «Рюген», 13 октября — танкер «Хидензее» и 19 октября — вспомогательный противолодочный корабль «Шифф-47», который, в свою очередь, сам атаковал лодку и повредил ее таранным ударом.
