Отремонтированная подводная лодка 11 октября 1942 года зачислена в состав 2-го дивизиона подводных лодок. В 1942 году «К-52» планировалось использовать в боевых действиях в составе третьего эшелона подводных лодок, но при переходе из Ленинграда в Кронштадт в ночь на 21 октября она столкнулась с рейдовым катером «Гироскоп» и получила незначительные повреждения. 10 ноября подводная лодка вернулась в Ленинград для зимней стоянки.
В 1943 году противник достаточно надежно перекрыл Финский залив для проникновения советских подводных лодок в открытую часть Балтики. С конца апреля 1943 года «К-52» находилась в полной боеготовности, но после того как из пяти подводных лодок, посланных форсировать Финский залив, вернулась лишь одна, поход отменили.
14 марта 1944 года командиром «К-52» назначен капитан 3-го ранга Травкин Иван Васильевич. Подводная лодка перешла в Кронштадт. В начале сентября финны были вынуждены запросить перемирия, после чего выход советских подводных лодок на позиции стал возможен через финские шхерные фарватеры. 30 октября «К-52» прибыла в Хельсинки, откуда 10 ноября через пролив Юнгфрундзунд вышла в юга-восточную часть Балтийского моря. Подводной лодке предстояло действовать во взаимодействии с авиацией в районе севернее маяка Хела (позиция № 5). Обеспечивать поход в море вышел бывший командир субмарины командир 2-го дивизиона ПЛ капитан 2-го ранга Е. Г. Шулаков.
В ночь на 12 ноября в 25 милях севернее маяка Висбю «К-52» безуспешно атаковала шведский транспорт, шедший из Висбю в Стокгольм. Опознав судно, командир от дальнейшей атаки отказался. Спустя сутки подводная лодка приступила к патрулированию указанного ей района. В течение 13–15 ноября подводная лодка имела ряд контактов с силами ПЛО. Вечером 15 ноября при всплытии южнее острова Готланд командир субмарины был сброшен штормовой волной с мостика в центральный пост. От удара о палубу капитан 3-го ранга Травкин сломал руку и получил травму черепа. Второй набежавшей волной был сорван и унесен в море магнитный компас. Вместо выбывшего из строя Травкина в командование кораблем вступил обеспечивающий капитан 2-го ранга Шулаков.
16 ноября подводная лодка перешла в район в 28 милях к северо-западу от маяка Брюстерорт, где 17 ноября производила ремонт кормовых горизонтальных рулей. 18–21 ноября субмарина имела ряд контактов с силами ПЛО противника. Утром 21 ноября подводная лодка была обнаружена сторожевыми катерами, которые преследовали лодку, сбросив на нее 12 глубинных бомб. При срочном погружении на глубине 45 м давление воды разорвало стенки топливных цистерн № 2 и № 3. Поступившая в 4-й отсек вода, смешанная с соляром, затопила вторую группу аккумуляторных батарей. Данные повреждения были виной личного состава — в суматохе срочного погружения не были перекрыты забортные клапаны магистрали замещения соляра забортной водой. Пережидая бомбежку, подводная лодка легла на грунт на глубине 85 м. Полученные повреждения не позволяли продолжать поход. «К-52» была вынуждена вернуться. Утром 24 ноября она прибыла на Ханко. 27 ноября подводная лодка завершила переход в Кронштадт, где до 25 января 1945 года простояла в доке.
Следующий выход в море состоялся в феврале 1945 года. 18 февраля «К-52» перешла к маяку Нюхамн, откуда направилась в район восточнее банки Штольпе (позиция № 4). В ночь на 22 февраля подводная лодка прибыла на позицию, где спустя двое суток атаковала небольшой конвой, состоящий из транспорта и сторожевого корабля (атака произошла в точке 55°19′ с.ш./16°42′ в.д.). По докладу командира, наблюдалось попадание в транспорт и сторожевик. Противник оставляет эту атаку без комментариев. По данным многих источников, жертвой атаки «К-52» стал транспорт «Эрика Фритцен» (4169 брт.), но он погиб на британской донной мине в районе Варнемюнде 26 февраля 1945 года.
Вечером 24 февраля подводная лодка средствами гидроакустики была обнаружена эсминцем «Z-25», который вызвал в район нахождения субмарины группу кораблей ПЛО. Они не заставили себя ждать. В ночь на 25 февраля «К-52» была обнаружена и атакована сторожевым кораблем противника, который сбросил на подводную лодку 11 глубинных бомб. К счастью, скоро лодка ушла от преследования.
Днем 1 марта «К-52» атаковала одиночно идущее судно. Из-за сильного волнения моря удержать подводную лодку на перископной глубине не представлялось возможным, поэтому атака проводилась по данным шумопеленгатора с глубины 20 метров. Через две минуты после пуска торпед на подводной лодке был услышан взрыв, после чего шум винтов транспорта прекратился. Через 12 минут после пуска торпед командир, осмотрев в перископ горизонт, объект атаки не обнаружил. Противник оставляет без комментариев атаку «К-52», которая произошла в точке 55°23′24″ с.ш./16°1′3″ в.д. По данным многих источников, жертвой атаки «К-52» стал германский транспорт «Герит Фритцен» (бывший шведский «Бахус» в 1761 брт.), но он погиб 12 марта севернее косы Хель в результате налета ВВС КБФ.
Вечером 1 марта подводная лодка получила разрешение распространить район своих действий до меридиана 19°22′, т. е. в пределах позиции № 3. Вечером 4 марта в 30 милях северо-западнее маяка Стило (55°14′ с.ш./17°16′ в.д.) «К-52» вновь атаковала конвой, состоящий из транспорта под эскортом сторожевика. Через 1 минуту после пуска торпеды на подводной лодке услышан взрыв, после чего транспорт окутался дымом и через четыре минуты затонул. Подводная лодка преследованию не подвергалась. Зарубежных данных по поводу этой атаки «К-52» не найдено, хотя предполагают, что целью безуспешной атаки был лайнер «Дойчланд», шедший под охраной эсминца «Z-28» из Готенхафена в Засниц.
В 2 часа 7 марта 1945 года «К-52» в районе банки Штольпе обнаружила корабли соединения, состоявшего из тяжелых крейсеров «Адмирал Шеер» и «Лютцов», эсминцев «Z-34» и «Z-43», миноносцев «Т-23» и «Т-33», и атаковала из надводного положения один из миноносцев. Из-за ошибки личного состава вместо залпа из кормовых торпедных аппаратов подводная лодка выпустила три торпеды из носовых. Через 4 минуты ошибка была исправлена залпом двух торпед из кормовых аппаратов. При погружении акустик «К-52» слышал взрывы двух торпед, однако германский флот в это время и в этом месте эсминец либо миноносец не терял.
Спустя 23 часа «К-52» в точке 55°16′3″ с.ш./16°07′ в.д. атаковала одиночно идущий транспорт. Через минуту на подводной лодке наблюдалось попадание двух торпед, и еще через две минуты гибель судна. Противник не комментирует результат этой атаки. Утром подводная лодка начала возвращение на базу. Днем 9 марта при всплытии в районе острова. Готска-Санден подводная лодка была обстреляна шведской береговой батареей, которая выпустила по субмарине около полусотни снарядов. Вечером 10 марта «К-52» прибыла в Хельсинки.
17 апреля «К-52» вновь вышла в район банки Штольпе (позиция № 4). 20 апреля 1945 года Указом Президиума Верховного Совета СССР подводная лодка награждена орденом Красного Знамени, а ее командир Иван Васильевич Травкин удостоен звания Героя Советского Союза. 21 апреля «К-52» приступила к патрулированию указанного района. Днем (в точке 55°17′4″ с.ш./17°19′5″ в.д.) она атаковала судно, шедшее в сопровождении сторожевого корабля. Вскоре после пуска торпед на подводной лодке были услышаны два взрыва. Через 15 минут после проведения атаки командир, осматриваясь в перископ, обнаружил лишь один сторожевик. Противник не комментирует данный эпизод. Вечером «К-52» преследовали два сторожевых корабля противника, безрезультатно сбросив на нее 48 глубинных бомб.
