Заложена 23 июля 1934 года на стапеле завода № 194 (им. Марти) в Ленинграде под заводским номером 296. Головная лодка X серии. В 1934 году секциями по железной дороге субмарина перевезена на завод № 202 (Дальзавод) во Владивостоке, где производилась её окончательная сборка. 13 июня 1935 года подводная лодка спущена на воду и 3 октября 1936 года вошла в состав Тихоокеанского флота. Первым командиром субмарины назначен Куприянов Михаил Иванович.

    9 августа 1945 года «Щ-127» встретила под командованием капитана 3 ранга Мельникова Михаила Дмитриевича в составе 12-го дивизиона 4-й бригады ПЛ ТОФа в Находке. С началом объявления войны Японии «Щ-127» заняла позицию № 5 на подходах к Владивостоку. В 19.45 14 августа подводная лодка обнаружила в Японском море отряд боевых кораблей противника в составе крейсера (командир лодки принял его за линкор) и четырех эсминцев, о чем было доложено командованию. Ситуация осложнялась тем, что в это время на поддержку (а фактически спасение) высаженных 12 августа в Сейсине разведотряда и роты автоматчиков, которые оказались блокированы и прижаты к берегу, из Владивостока под эскортом тральщиков, больших охотников, сторожевиков и фрегатов вышли основные силы десанта (13-я бригада морской пехоты). Обнаруженных кораблей противника вполне хватало, чтобы пустить на дно десантный отряд вместе с охранением, а затем смешать с землей тех, кто высадился в Сейсине. Подводная лодка наблюдала за японским отрядом более часа и докладывала о его курсе и скорости, но вскоре потеряла с ним контакт. К счастью, узел связи ТОФа передал открытым текстом приказ в адрес отряда легких сил, подлодок и авиации о нанесении удара по японскому соединению с указанием точных координат, а шифрованной связью было передано распоряжение об отмене приказа. После этого советская радиоразведка засекла усиленный радиообмен противника, и его корабли повернули в Гензан. После этого подлодка возвратилась в базу. Это был ее единственный контакт с врагом.

    10 июня 1949 года субмарина получила обозначение «С-127», а 9 ноября 1957 года выведена из боевого состава флота, законсервирована и поставлена на отстой. 29 марта 1957 года субмарина исключена из состава ВМФ и сдана на разборку.