7.11.1941 г. лодка направилась в Поти, где и производилась ее достройка. 6.05.1942 г. 'Л-24' включена в боевой состав Черноморского флота и сразу же включилась в боевую работу, сделав 4 транспортных рейса в осажденный Севастополь, доставив туда 236.3 тонн боеприпасов, 97.5 тонн продовольствия и 82 тонны топлива (всего 415.8 т). Эвакуировала на Кавказ 26 человек. Прорыв вражеской блокады давался 'Л-24' с трудом, только в период с 26 по 29 июня 1942 г. противник сбросил на лодку боле 300 глубинных бомб.

2.07.1942 г. 'Л-24' находясь в Новороссийске, попала под налет люфтваффе. 64 'Ju-88' в сопровождении 15 истребителей неожиданно вынырнули из-за туч и сбросили на стоящие в гавани корабли около 170 бомб. За каких-то четверть часа погибли лидер 'Ташкент', эсминец 'Бдительный', санитарный транспорт 'Украина' и несколько малых судов. Многие корабли получили повреждения. Не избежала их и 'Л-24'. Лодка встала в ремонт, который продлился до конца сентября.

1.10.1942 г. 'Л-24' вышла в море. Поставив 4 октября 20 мин у Ялты, лодка двинулась в назначенный район к Босфору, куда прибыла 6.10.1942 г. На следующий день 'Л-24' обнаружила конвой противника и атаковала тремя торпедами танкер. Производя атаку, 'Л-24' всплыла на перископную глубину а затем резко ушла на 45 метров. Корабли охранения сбросили на 'Л-24' 7 глубинных бомб, от которых субмарина успешно уклонилась. В результате атаки торпедой был поврежден танкер "Арка" (2223 брт) который был вынужден вернуться к Босфору. 'Л-24' осталась на позиции, но больше никого не встретила и 11.11.1942 г. вернулась на базу.

15.11.1942 г. 'Л-24' вновь вышла в море с целью минной постановки юго-восточнее мыса Калиакра. Успешно выполнив задачу, 'Л-24' 23.11.1942 г. благополучно завершила боевой поход.

Следующий выход в море стал для 'Л-24' и 57 членов ее экипажа последним. 12.12.1942 г. лодка снова вышла на минную постановку в район мыса Калиакра, но обратно не вернулась. В период с 15 по 29.12.1942 г. 'Л-24' скорее всего подорвалась на мине заграждения 'S-15' в районе мыса Шаблер.