Заложена 4 декабря 1934 года на заводе № 189 (Балтийский завод) в Ленинграде под стапельным номером 253 как «Щ-313». 28 июня 1935 года подводная лодка спущена на воду, 17 июля 1936 года вступила в строй и вошла в состав Краснознаменного Балтийского флота. Летом 1938 года по Беломоро-Балтийскому каналу субмарина перешла на Север и 27 июня 1937 года вошла в состав Северного флота.
    В ходе советско-финляндской войны «Щ-401» находилась в ремонте, поэтому в «Зимнем» конфликте участия не принимала.
    К началу Великой Отечественной войны подводная лодка, числившаяся в оргпериоде, находилась под командованием капитан-лейтенанта Моисеева Аркадия Ефимовича в составе 3-го дивизиона бригады ПЛ СФ, в апреле 1941 года «Щ-401» завершила текущий ремонт, и в конце мая несла дозор перед устьем Кольского залива. В ночь на 19 июня подлодка согласно плану рассредоточения перешла в губу Тюва, где совместно с «Щ-403» встретила начало войны.
Подводная лодка «Щ-401» отходит от пирса. Полярный, зима 1941-42 г.
Экипаж ПЛ «Щ-401», 1941 год.
Командир «Щ-401» старший лейтенант А.Е. Моисеев и старпом Н.В. Фирсов. Полярный, июль 1941 г.
Помощник командира «Щ-401» Фирсов Николай Владимирович. Полярный, июль 1941.
    Уже вечером 22 июня с целью прикрытия мобилизации флота (задача ставилась шире – ведение неограниченной подводной войны против транспортов и боевых кораблей противника) подводная лодка направилась в район Вардё (позиция №5). Обеспечивая молодого командира (стаж командования «Щ-401» с ноября 1940), в море вышел командир дивизиона «Щук» капитан 3 ранга И.А. Колышкин. После четырех-суточного патрулирования назначенного района, подводная лодка приблизилась к Вардё, где на рейде обнаружила два судна стоящих на якоре. По одному из них была выпущена торпеда, ставшей первой торпедой выпущенной советской подводной лодкой в Великой Отечественной войне. Взрыва (учитывая большую дистанцию до цели – 18 кбт) не последовало. 2 июля «Щ-401» прибыла в Полярное, откуда уже 7 июля снова вышла в море к Вардё. Уже вечером, заняв позицию, подводная лодка предприняла попытку атаковать траулер, но из-за плохой видимости торпеда так и не была пущена. Через несколько часов «Щ-401» повторила попытку, на этот раз намереваясь атаковать пару вооруженных пароходов (реально охотники за подводными лодками «Uj-177» и «Uj-178»), но субмарина была вовремя обнаружена вражескими кораблями и обстреляна ныряющими снарядами. Кроме того, германские корабли сбросили 8 глубинных бомб, в результате чего на подводной лодке вышло из строя дистанционное управление кормовыми горизонтальными рулями, а из-за произошедших коротких замыканий частично погас свет и перестали работать некоторые электроизмерительные приборы.
    Днем 14 июля «Щ-401» атаковала одной торпедой судно из состава небольшого (2 транспорта под эскортом сторожевого корабля) конвоя, но промахнулась. Утром 15 июля восточнее мыса Кибергнес атаке подлодки подверглась группа тральщиков – вооруженных траулеров (реально, группа кораблей ПЛО, которые «Щ-401» Пыталась атаковать неделю назад). Через минуту на подводной лодке зафиксировали один глухой взрыв, что дало подводникам по возвращении в базу заявить о поражении цели. В ответ оставшиеся невредимыми немецкие охотники сбросили на подводную лодку 36 глубинных бомб, которые не нанесли субмарине существенных повреждений, от взрывов вышли из строя лишь несколько измерительных приборов. В дальнейшем «Щ-401» несколько раз обнаруживала вражеские корабли, но от атаки воздерживалась.
    24 июля подводная лодка благополучно вернулась в Полярное, и через четыре дня встала в Мурманске на навигационный ремонт. В это время город подвергался частым ударам вражеской авиации; не избежала их и «Щ-401». В 16 часов 13 августа в 10 метрах от пирса где была пришвартована подводная лодка разорвалась крупная авиабомба. Кроме небольших повреждений полученных кораблем (выведено из строя носовое орудие: разбит прицел, заклинены поворотный и подъемный механизмы; образовались вмятины в тумбе одного из перископов), «Щ-401» имела потери в личном составе: погиб краснофлотец Д.С. Любецкий, получили тяжелые ранения военком А.Е. Табенкин и командир БЧ-2-3 Милютин, еще три члена экипажа субмарины были ранены легко.
    После вступления в строй 23 августа «Щ-401» предприняла длительный (10 сентября – 6 октября) поход в район позиции № 3 у Порсангер-фьорда, в котором из-за плохой погоды не смогла атаковать обнаруженные корабли противника. Кроме того, во время шторма на подводной лодке неоднократно выливался электролит; из-за неправильных действий личного состава подплавлен подшипник одного из электродвигателей.
    Следующий боевой поход подлодки проходил в районе северо-западнее Вардё (позиция № 5). Едва выйдя из базы из-за неправильных действий команды БЧ-5 на подводной лодке подплавлен подшипник правого гребного электродвигателя, в результате чего носовая часть вала просела; повреждение пришлось исправлять почти сутки. Противник был встречен лишь однажды, когда днем 1 ноября «Щ-401» пыталась выйти в атаку но она была сорвана резким поворотом сторожевика на подлодку. Во время непрекращающегося шторма на субмарине неоднократно выливался электролит; наконец, 9 ноября по вине личного состава на подлодке произошел обрыв всех болтов, крепящих фланец гидромуфты к коленчатому валу левого дизеля. Вечером 12 ноября «Щ-401» на одном дизеле прибыла в Полярное и вскоре встала к борту плавмастерской «Красный Горн» для устранения повреждений.
    Новый, 1942 год подводная лодка встретила в море, патрулируя позицию № 4 в районе Конгс-фьорда – мыс Маккаур. Штормовая погода усложняла выполнение задачи; вечером 25 декабря одна из волн накрыла подлодку, в результате на субмарине залило водой шахты перископов, артиллерийский погреб и, частично, радиорубку, вылилась часть электролита. Днем 29 декабря «Щ-401» обнаружила вражеский конвой и предприняла попытку атаковать его из надводного положения, но, из-за ошибки личного состава клапана вентиляции средней группы оказались открытыми. Успев показать над водой рубку, подводная лодка снова ушла под воду. Уже вышедшие в это время на мостик командир субмарины и сигнальщик едва успели спрыгнуть вниз. Через несколько часов во время зарядки батарей у мыса Кьельнес «Щ-401» обнаружила силуэты трех кораблей и атаковала один из них. Стрельба велась из надводного положения с использованием ночного прицела. Через полторы минуты после пуска торпед на лодке услышали два сильных взрыва, после чего на кораблях начали подавать тревожные гудки. В ответ противник сбросил на безопасном удалении от уже погрузившейся субмарины 8 глубинных бомб. Подводники записали на свой счет уничтожение транспорта в 3000 тонн, что не подтверждается противоположной стороной – безуспешно атакована группа мобилизованных траулеров («M-1503», «M-1506» и «M-1507») из состава только что прибывшей на Север 15-й флотилии тральщиков.
    Следующая атака состоялась в ночь на 7 января 1942 года, когда севернее мыса Кьельнес в районе Конгс-фьорда «Щ-401» обнаружила караван судов в составе двух транспортов в сопровождении сторожевого корабля и двух сторожевых катеров. Атака проводилась по головному транспорту с дистанции 10 кбт из надводного положения. Сразу после залпа подводная лодка погрузилась, а спустя минуту после пуска торпед на субмарине был зафиксирован взрыв. Субмарина не преследовалась кораблями ПЛО, да и сам факт атаки подлодки не зафиксирован документами противника. По послевоенным советским данным торпедой «Щ-401» уничтожен сторожевой корабль «V-5103» («Блиц», бывший «Посейдон»), но корабля с таким именем и тактическим номером не существовало. Сторожевик «V-5103» («Тайфун») погиб 9 августа 1942 года в результате столкновения в районе Флорё, а его собрат «V-5101» («Блиц», бывший «Посейдон») благополучно пережил войну. Атаке подводной лодки вероятнее всего подвергся конвой, включавший в себя суда «Август Больтен», «Хаукефьель» и «Стен». На исходе 12 января подводная лодка направилась в базу и днем 14 января прибыла в Полярное.
    В феврале 1942 года «Щ-401» действовала в районе Вардё (позиция № 5). Поход проходил в сложных метереологических условиях; вечером 8 февраля подводная лодка была накрыта штормовыми волнами; вода затопила артиллерийский погреб, вышел из строя гирокомпас, который удалось исправить только к утру следующего дня. В дальнейшем ударами штормовых волн на подводной лодке выводились из строя кормовые горизонтальные (15 и 24 февраля, последний раз окончательно) и вертикальный (20 февраля) рули. Вечером 9 февраля в Перс-фьорде подводная лодка высадила на вражеский берег двух разведчиков (разведгруппа снята субмариной в ночь на 25 февраля). За время похода подводная лодка неоднократно (9, 12, 13 и 19 февраля) обнаруживала сторожевые корабли противника, но каждый раз воздерживалась от атаки, либо сама была атакована (утром 19 февраля глубинными бомбами охотника «Uj-1214» на подводной лодке временно выведена из строя часть освещения, были выбиты предохранители на станциях гребных электродвигателей). Вечером 26 февраля «Щ-401» досрочно вернулась в Полярное.
    В свой последний поход с задачей прикрытия конвоя «QP-10» в районе острова Фуглё (позиция № 10-б) «Щ-401» вышла в ночь на 11 апреля 1942 года. 18 апреля по приказу командования она перешла к мысу Нордкап в пределы позиции № 4. Днем 19 апреля у мыса Омганг безуспешной атаке подводной лодки подвергся танкер «Форбах». Сопровождавшие конвой тральщики «M-154» и «M-251» провели противолодочный поиск и сбросили в предполагаемом месте нахождения субмарины 13 глубинных бомб. Второй раз «Щ-401» заявила о себе утром 23 апреля, когда у мыса Слетнес в результате попадания торпеды пошел ко дну мобилизованный немцами норвежский транспорт «Штенсаас» (1359 брт) с грузом военного имущества для Киркенеса. Сопровождавшие конвой немецкие охотники «Uj-1101» и «Uj-1110» контратаковали подлодку, сбросив порядка полусотни глубинных бомб. (По данным А.В. Платонова спустя пять часов после атаки «Штенсааса» «Щ-401» тремя торпедами безуспешно отстрелялась по «Uj-1110»). Вероятно, глубинные бомбы охотников не нанесли подводной лодке каких-либо серьезных повреждений, так как вечером 23 апреля «Щ-401» вышла на связь с докладом о двух атаках с использованием всех торпед в носовых торпедных аппаратах.
    Это было последнее донесение с борта «Щ-401». На дальнейшие вызовы с приказом о возвращении она уже не ответила.
    Вероятно, подводная лодка погибла на одной из мин заграждения «Карин», выставленное противником месяц назад у мыса Нордкин. Версия о гибели «Щ-401» в результате ошибочной атаки пары советских торпедных катеров («ТКА-13» и «ТКА-14») в ночь на 24 апреля у Вардё не верна, так как в данном случае подверглась удару «U-454», получившая сильные повреждения от разрывов пяти глубинных бомб.
    Вместе с «Щ-401» погибло 43 моряка.
7 боевых походов
22.06.1941 – 02.07.1941
07.07.1941 – 24.07.1941
10.09.1941 – 06.10.1941
25.10.1941 – 12.11.1941
23.12.1941 – 14.01.1942
05.02.1942 – 26.02.1942
11.04.1942 – +
Результат: потоплено 1 судно (1.359 брт)
23.04.1942 ТР «Штенсаас» (1.359 брт)