До лета 1942 года экипаж субмарины своими силами проводил ремонт корабля. 28 мая при подъеме «Дельфина» на гинях спасательного судна «Коммуна» для осмотра подводной части субмарины из-за неправильного расчета лопнула часть строп, а сохранившимися была прорезана цистерна главного балласта № 2 и нанесены вмятины в балластных цистернах № 2 и № 5. Ремонт затянулся, поэтому в следующий боевой поход «Щ-309» вышла только 13 августа в составе второго эшелона подводных лодок. На переходе в Кронштадт подводная лодка была обстреляна артиллерией противника и в районе Петергофского маяка села на мель, с которой снялась своими силами. В ночь на 18 августа в сопровождении тральщиков и сторожевых катеров «Щ-309» вышла на позицию в Аландское море.
Благополучно форсировав минные заграждения противника в Финском заливе, подводная лодка 23 августа прибыла в указанный район. 25 августа «Щ-309» двумя торпедами атакует конвой противника. Взрыв последовал через 1 минуту 54 секунды после выпуска торпед, и на подводной лодке посчитали цель потопленной, несмотря на это, атакованный «Щ-309» финский минный заградитель «Лоухи» не пострадал. После атаки подводная лодка провалилась на глубину 68 метров, а после всплытия выяснилось, что оба перископа запотели. К счастью, противник не преследовал «щуку», но, так как позиция субмарины была ему известна, организовал ее поиск, в том числе и авиацией, которая базировалась на Аландских островах. В ночь на 26 августа с финского гидросамолета на «Дельфин» была сброшена бомба, но подводная лодка избежала повреждений.
30 августа и 4 сентября «Щ-309» атакует конвои противника. Ориентируясь по взрывам, командир субмарины посчитал потопленными еще два транспорта общим водоизмещением 16 000 тонн, но оба конвоя пришли в место назначения без потерь. В ответ финны, несмотря на то, что на «Щ-309» плохо работала система БТС и поэтому каждый торпедный залп выдавал ее местонахождение, безуспешно сбросили на подводную лодку в общей сложности 23 глубинные бомбы.
В ночь на 6 сентября «Щ-309» сместилась в южную часть позиции в район маяка Свенска-Бирн, где находилась до вечера 11 сентября.
На следующий день «Щ-309» добилась успеха. Подводной лодке сильно повезло. В ходе атаки на конвой эскортирующий его самолет из-за неисправности бомбового замка не сумел сбросить бомбу в образовавшийся после выпуска торпед воздушный пузырь. К тому же летчик не предупредил суда о грозящей им опасности. В результате финский лесовоз «Бонден» в 695 брт. был поврежден и затонул во время буксировки в точке 59°55′ с.ш./19°54′ в.д. Финские сторожевики «Уиско», «Турсас» и самолет контратаковали, сбросив на подводную лодку 24 глубинных бомбы, от разрывов которых «Щ-309» получила повреждения (заклинены кормовые горизонтальные рули, поврежден кингстон цистерны быстрого погружения), характер которых требовал исправления в заводских условиях и делал присутствие лодки на позиции бессмысленным. Тем не менее по приказу командования «Щ-309» оставалась в море до 29 сентября, после чего начала возвращение на базу. Успешно форсировав Финский залив, в пути подвергшись безрезультатной атаке сторожевого катера, «Щ-309» утром 5 октября прибыла на Лавенсари, где провела несколько дней. Вскоре подводная лодка перешла в Кронштадт, завершив второй по продолжительности поход среди советских подводных лодок в Великой Отечественной войне (54 суток).
11 октября «Щ-309» прибыла в Ленинград, где встала на ремонт.
1 марта 1943 года подводной лодке «Щ-309» («Дельфин») присвоено звание Гвардейская, а 26 марта командиром корабля стал капитан-лейтенант (впоследствии капитан 3-го ранга) Филов Николай Александрович, бывший ранее помощником командира на «С-13». В конце мая 1943 года подводная лодка была готова к боевому походу, но необходимость экипажа в тренировке и невозможность прорыва на Балтику летом 1943 года отложили выход в море.
Летом 1944 года «Щ-309» отработала курс боевой подготовки в Кронштадте и на Ладожском озере.
В сентябре 1944 года Финляндия вышла из войны. По условиям перемирия советские корабли получили право базирования в финских портах и базах. Проход подводных лодок КБФ в Балтийское море стал возможен финскими шхерными фарватерами. 8 октября «Дельфин» был выведен к острову Утё для следования на позицию (район Виндавы, сектор № 2). Незадолго до этого механик лодки Базлов обвинил командира в трусости и неспособности управлять кораблем. Было проведено разбирательство, доносчик был арестован, но перенесенное нервное потрясение тяжело отозвалось на здоровье командира. Пробыв на позиции до 21 октября, «Щ-309» вынуждена была вернуться на базу в Турку из-за развившейся у Филова болезни глаз «куриной слепоты». Почти сразу по возвращении лодки на базу 27 октября ее принял капитан 3-го ранга Ветчинкин Павел Петрович, переведенный с «Щ-303», а до этого служивший на Тихоокеанском флоте.