这艘潜艇的历史始于1933年11月6日，当时在列宁格勒的波罗的海造船厂开始建造一艘名为“鳕鱼”的“Щ”型潜艇，属于V-bis项目的第二系列。

1934年8月1日，潜艇下水，但在进行航行测试时，1934年11月25日其柴油机发生故障，导致气缸组损坏。然而，仅仅五天后，柴油机就得以修复，测试继续进行。

经过所有测试后，1935年8月4日，潜艇通过验收，正式加入舰队并命名为“Щ-307”。

同年8月17日，这艘潜艇加入了波罗的海舰队第一潜艇旅第15分队，基地设在“喀琅施塔得”，并升起了海军旗。

1938年4月15日，这艘潜艇随分队转入波罗的海舰队第4潜艇旅，并在189号船厂进行维修，直到1939年。

在1941年1月底的重新编制中，这艘潜艇被调入独立潜艇训练分队，基地设在奥尔尼恩堡，直到伟大卫国战争爆发时，这艘潜艇处于第二线。

1941年7月22日，潜艇驶往塔林，并从7月24日开始在利巴瓦地区执行战斗巡航。7月30日，它被敌方潜艇发现并遭到攻击，但“Щ-307”成功避开了攻击，晚上，它发现并击沉了一艘德国潜艇。

1941年8月12日，潜艇返回塔林基地。

从8月28日至30日，潜艇参与了由第一舰队护航的塔林至克朗斯塔特航程，并于9月26日驶入列宁格勒，进行189号船厂的维修。

经过修理后，1942年9月16日，潜艇前往喀琅施塔得，并于9月23日出发前往诺尔谢平湾进行战斗巡航。

9月28日，在兰德斯特水道巡逻时，潜艇发现了敌方护航舰队，但由于水深较浅，指挥官决定放弃攻击。9月30日，它发现了一艘瑞典潜艇。

1942年10月1日，潜艇前往奥兰海峡，并于10月2日抵达阿尔霍尔姆岛附近，进行了一次未成功的鱼雷攻击敌方护航舰队。此后，潜艇也遭到了敌方深水炸弹的攻击，并且其指挥官放弃了继续攻击多个护航舰队。

接下来的几天里，几次攻击护航舰队和敌方潜艇都未成功，10月11日，在尝试攻击敌方护航舰队时，潜艇再次遭到敌方攻击。

接下来的几天里，潜艇进行了一些未能成功的攻击，直到10月26日，“Щ-307”成功发射鱼雷攻击，击沉了载有灰硫磺矿的芬兰运输船”Betty X”，并成功躲避了敌方深水炸弹的攻击。

随后，潜艇进行了几次未能成功的攻击，并且在与敌方潜艇”Iku-Turso”接近时，遭到20米距离的舰炮射击，但并未受损，最终成功躲避了敌方的鱼雷攻击。

11月7日，潜艇返回喀琅施塔得，并于11月10日停靠在列宁格勒进行修理和冬季停泊。

1943年1月7日，潜艇加入波罗的海舰队第3潜艇分队，并配备了扫雷装置和PAM-K设备，用于远程引爆水雷封锁。

1944年5月17日，潜艇返回喀琅施塔得，7月又回到列宁格勒，7月20日前往奥西诺维茨进行战斗训练，并于8月24日抵达奥尔尼恩堡。

1944年10月7日，潜艇出发前往科尔波岛地区进行战斗巡航，10月8日进入巴尔的海海域，靠近哥特兰岛东岸的乌乔岛。

10月11日，潜艇抵达乌贾瓦地区，并于10月16日攻击了停泊在温达瓦外海的敌方护航舰队，未确认是否击沉扫雷舰。10月17日，潜艇再次尝试攻击护航舰队，但未成功并遭到敌方攻击，最终放弃了进一步的攻击。

10月20日，潜艇在船员的帮助下完成了尾舵控制修理，第二天由于尾舵卡住，攻击再次失败。

10月29日，潜艇用一枚鱼雷攻击了敌方护航舰队，虽然未确认命中，但未遭到追击。同一天，潜艇再次发起了两次鱼雷攻击，但未确认命中。

11月5日，潜艇返回基地时，垂直舵的控制系统发生故障，船员修复了故障，11月7日，潜艇到达图尔库，并于11月8日开始船坞维修。

1944年12月20日，修理完成，1945年1月4日，潜艇再次出发执行战斗巡航，目标是位于利鲍附近的西南位置。

途中潜艇遭遇了风暴，直到1月9日才抵达目标区域，当天晚上，潜艇发起了对敌方护航舰队的攻击，击沉了“玛丽·费迪南特”号运输船，随后遭到敌方深水炸弹攻击，造成轻微损伤。

1月16日，潜艇再次发动攻击，击沉了“亨丽埃塔·舒尔特”号运输船。

1月17日，在为潜艇充电时，由于使用了脏水，发生了小规模事故并释放了氯气。1月31日，由于燃料不足和电池损坏，潜艇开始返回基地，并于2月2日抵达图尔库，随后于2月4日开始进行船坞修理，修理将持续到5月。

1945年3月6日，潜艇被授予了“红旗勋章”，其指挥官M.S. 卡林宁被授予苏联英雄称号。

1946年2月15日，潜艇转入南波罗的海舰队第1红旗潜艇旅第3潜艇分队，1947年1月，分队改编为第4舰队并驻扎在利耶帕亚。

1948年4月23日，潜艇从战斗序列中退役，拆除了武装，并被改为充电站，停靠在港口。

1949年5月16日，潜艇更名为“ПЗС-5”，1951年3月，它被编入第4舰队的158潜艇旅，后改编为红旗波罗的海舰队。

1957年4月8日，潜艇被从舰队的船只名录中除名，1957年5月7日，其船员被解散，潜艇随后在利耶帕亚被拆解。

在互联网上发现了“Щ-307”号潜艇的塔楼照片，拍摄地点位于利耶帕亚。

尽管如此，它的战斗塔楼的围栏算是被保留了下来，并作为纪念碑安装在利耶帕亚的潜艇旅区域，直到1994年。1995年，它被转移到了莫斯科的胜利公园博物馆纪念园区。

不过这里有一个小传说，关于“Щ-307”号潜艇的战斗塔楼的故事还没讲完，特别是在它被转交给胜利公园博物馆后。博物馆的照片显示的并非“Щ-307”号潜艇的原始战斗塔楼围栏，而是一个现代制作的仿制品，焊接成的大金属板。请对比照片中的现代仿制围栏与原始围栏的差异……