Заложена под стапельным номером 354 на заводе № 198 в Николаеве 20 (по другим данным 23) октября 1938 года. 17 декабря 1940 года подводная лодка спущена на воду. Начало Великой Отечественной войны «Л-24» встретила у заводской стенки. Строительство подводной лодки продолжалось, и на 1 июля 1941 года степень технической готовности корабля оценивалась 75%. Командовал субмариной капитан-лейтенант Косенко Андрей Антонович.

    В середине августа 1941 года немецкие войска подошли к Николаеву. 12 августа субмарине пришлось срочно уходить из города. На «Л-24» отсутствовала аккумуляторная батарея и некоторые вспомогательные механизмы и устройства; она не могла погружаться. Вместе с экипажем, который был набран «с бору по сосенке» на подводной лодке шла сдаточная команда во главе со строителем М.И. Бычковым и механиком А.А. Змейцыным. Старшим на борту субмарины был Герой Советского Союза капитан 2 ранга И.А. Бурмистров. На выходе из города лодку обстреляла артиллерия противника, а в районе мыса Тарханкут «Л-24» попала в сильный шторм. Через заклепочные отверстия съемных листов внутрь корпуса проникла вода, нарушившая работу ряда механизмов. Кроме того, в пути «Л-24» выдержала атаку вражеского самолета, но все-таки она смогла завершить столь трудный одиночный переход в Севастополь.

    9 ноября «Л-24» перешла в Поти, где продолжила проведение мероприятий по вводу корабля в строй. Вероятно, состояние дисциплины на подводной лодке были не на должном уровне. 12 января 1942 года за систематическое пьянство командир «Л-24» был арестован и предан суду военного трибунала. Рассмотрев его дело, суд направил теперь уже бывшего командира «Л-24» в штрафную роту, а на его место вскоре был назначен капитан 3 ранга Апостолов Георгий Петрович, (назначение состоялось 9 февраля 1942 года). 7 апреля подводная лодка завершила программу ходовых испытаний, и 29 апреля официально вступила в строй. 12 мая 1942 года корабль вошел в состав Черноморского флота. В начале июня «Л-24» перешла в Новороссийск, откуда приняла участие в снабжении осажденного Севастополя.

    За четыре рейса подводная лодка доставила защитникам крепости 217,3 тонн боеприпасов (6.327 снарядов, 22.364 мины, более 582.000 патронов), 95 тонн продовольствия, 98 тонн (по другим данным 82 тонны) бензина, эвакуировав на Кавказ 54 человека.

    Прорыв вражеской блокады давался «Л-24» нелегко: только в период 26 – 28 июня, когда субмарина возвращалась в Новороссийск после четвертого транспортного рейса, она пережила три длительных преследования катеров противника общей продолжительностью 36 часов. Суммарное количество глубинных бомб, сброшенных на подводную лодку за этот период, составило около трех сотен. На субмарине были выведены из строя ряд электроизмерительных приборов, нарушена герметичность баллонов воздуха высокого давления. Прибыв в Новороссийск, «Л-24», попала под печально известный авианалет 2 июля 1942 года. В этот день 64 бомбардировщика «Ju-88» в сопровождении полутора десятков истребителей неожиданно вынырнули из-за туч и сбросили на стоящие в гавани корабли около 170 авиабомб. Такое могло случиться благодаря халатности ряда лиц, ответственных за ПВО базы. Локатор показывал групповую цель почти за двадцать минут до появления самолетов над городом, но ни оперативный дежурный ПВО, ни начальник района, посчитав самолеты своими, так как они шли под берегом, по маршруту, которым должны возвращаться наши бомбардировщики, не приняли мер к обороне базы. 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». На расстоянии 5 – 15 м от борта субмарины разорвалось четыре бомбы. Подводная лодка уже начала отходить от пирса, как в этот момент 500-кг бомба попала в первое машинное отделение эсминца «Бдительный», вызвав взрыв двух его торпед в торпедном аппарате № 1. В результате бомбежки и детонации торпед «Бдительного» подводная лодка имела многочисленные повреждения легкого корпуса и обшивки цистерн, были заклинены волнорезные щитки торпедных аппаратов. Семь членов экипажа субмарины получили ранения и ожоги. В этот же день «Л-24» ушла в Поти, где простояла в ремонте до 12 августа.

    Уже через два дня после вступления в строй субмарина направляется к Босфору (позиция № 38), где безрезультатно патрулирует район до вечера 31 августа. При возвращении подводной лодки в районе Самсуна несколько самолетов противника, правда, так же без особого успеха сбросили на «Л-24» 48 бомб.

    1 октября 1942 года «Л-24» снова вышла в море. Выставив 4 октября 20 мин у Ялты, лодка двинулась в назначенный район к Босфору (позиция № 46), куда прибыла 6 октября. На следующий день «Л-24» обнаружила конвой противника и атаковала тремя торпедами танкер из его состава. Производя атаку, «Л-24» подвсплыла, показав тумбу перископа, а затем резко ушла на глубину 45 метров. Охранявшие конвой тральщики «R-165» и «R-166» сбросили на подводную лодку 9 глубинных бомб, от разрывов которых субмарина получила незначительные повреждения. Через полторы минуты после пуска торпед на подводной лодке зафиксировали взрыв одной из них. Объектом атаки «Л-24» стал итальянский танкер «Арка» («Arca», 1883 г., 2.338 брт), судно было потоплено британской подводной лодкой «Taku» 26 октября 1942 года в районе Хиоса. «Л-24» оставалась на позиции до вечера 17 октября, но больше, кроме турецких шхун, никого не встретила.

    15 ноября «Л-24» вновь вышла в море с задачей минной постановки юго-восточнее мыса Калиакра. Успешно выполнив задачу (19 ноября выставлено 20 мин четырьмя банками по 5 мин), субмарина 23 ноября 1942 года благополучно завершила боевой поход прибыв в Поти.