Перед самой войной лодка находилась в плавании с курсантами, проходившими корабельную практику. 19 июня флот перевели на повышенную готовность (№ 2): было прекращено увольнение личного состава, пополнены до нормы запасы. В 23.47 21 июня 1941 г. нарком ВМФ адмирал Н.Г.Кузнецов приказал флоту перейти на высшую оперативную готовность № 1. А уже ночью 22-го, получив известия о бомбардировке германской авиацией базы Либава и минных постановках у Кронштадта, командующий Балтийским флотом вице-адмирал В.Ф.Трибуц подписал телеграмму: "Германия начала нападение на наши базы и порты. Силой оружия отразить противника". В тот же день, как только лодка возвратилась в Кронштадт, курсантов списали на берег, а команда провела митинг и приняла запасы по нормам военного времени.
В связи с ожидаемым вступлением в войну Финляндии канонерку направили в Выборгский залив для содействия сухопутным частям. Через месяц она перешла к Нарве, куда подошли передовые части противника, и поступила в оперативное подчинение Лужскому сектору береговой обороны (командир генерал-майор Денисевич). Для обеспечения противодесантной обороны сюда же прибыли канонерская лодка "Волга", бывшая грунтоотвозная шаланда Балттехфлота Спецгидростроя НКВД, мобилизованная и вооруженная в начале июля, и два бронекатера.
В конце месяца корабль открыл огонь по противнику, подошедшему к побережью. По скоплению техники и живой силы было выпущено 69 снарядов. Выявились недостатки предвоенной подготовки. Тогда отрабатывались только задачи борьбы с кораблями потенциального противника, стрельба же по берегу, в особенности по целям, невидимым с мостика, не практиковалась, не были отработаны вопросы взаимодействия с сухопутным командованием, корректировка стрельбы с берега. Все это пришлось осваивать прямо в ходе боевых действий. На другой день по полосе вражеской обороны выпустили 132 снаряда. По сведениям, полученным от командования 191-й стрелковой дивизии, удалось подавить две батареи и уничтожить большое количество живой силы противника.
Более двух недель "Красное Знамя" поддерживало части в боях за Нарву. Немцы начали подготовку к переправе через реки Пяту и Плюсу. Загатив болото, они через него подтащили к воде понтоны и стали выдвигать живую силу. Старшина 1 статьи Степаненко корректировал огонь с пункта, находившегося в 500 м от реки. Орудия расчетов Константинова и Андреева накрыли цель. Управляющий стрельбой командир БЧ-2 капитан-лейтенант Коваль приказал перейти на беглый огонь (с максимальной скорострельностью). Понтоны были разбиты, а пехота уничтожена. Наши подразделения перешли в контратаку. В этот же день с "Красного Знамени" обстреляли еще и цели на окраине Нарвы, севернее поселка Усть-Черново, выпустив 370 снарядов.
Активной стрельбой канонерская лодка обратила на себя внимание неприятеля. Против нее бросили авиацию. Пять Ю-88 бомбили с носа, со стороны солнца, сбросив по четыре бомбы. "Красное Знамя" вело ответный огонь и уклонялось маневром. Прямых попаданий удалось избежать, однако от близких разрывов получили повреждения орудия, корпус и механизмы. Канонерке пришлось уйти на ремонт в Кронштадт.
В самом конце августа канлодка направилась в Копорский залив, и в первый же день произвела 240 выстрелов по берегу. Интенсивная стрельба продолжалась и в последующие дни. В связи с угрозой Ленинграду "Красное Знамя" вскоре перевели на Неву и включили в состав отряда кораблей Невы под командой капитана 1 ранга Чирокова. Кроме "К.З.", в него вошли вооруженные грунтоотвозные шаланды и недостроенные эсминцы с действующей артиллерией. Корабли располагались вдоль правого берега Невы, где для них оборудовали позиции, в том числе и запасные. На берегу были установлены стационарные батареи 120-мм орудий, снятых с линкоров. Каждый корабль разворачивал собственный наземный корректировочный пост. Метеоразведка обеспечивалась специальной береговой службой. Первое время суда вели огонь по противнику, пытавшемуся переправиться на правый берег, затем поддерживали Невский пятачок и вели контрбатарейную борьбу. Офицер-гидрограф, прибывший из Ленинграда, изготовил топографические карты и планшеты, на которые командиры БЧ-1 и БЧ-2 Г.М.Дабахов и В.Т.Коваль нанесли вражеские позиции, а также рассчитали данные для ведения огня, что существенно повысило его эффективность. Зимовал корабль напротив завода "Большевик", в районе деревни Новосаратовка. Немцы регулярно и с большим остервенением обстреливали заводской район. Перелеты часто падали у борта "Красного Знамени", но прямых попаданий за всю зиму не было.
В газете "Красный Балтийский флот" неоднократно отмечалось высокое боевое мастерство членов экипажа "Н-ского" корабля и публиковались фотографии. Искусный корректировщик лейтенант Калистратов с передового поста управляя огнем лодки разбил немало огневых точек, на железной дороге обнаружил и обстрелял вражеский бронепоезд; кроме корабельного, он корректировал огонь и сухопутных батарей. За боевые заслуги его досрочно произвели в старшие лейтенанты.
По итогам шести месяцев боевой деятельности канонеркой было уничтожено и подавлено 6 и 11 батарей соответственно, сбито три самолета Ю-88, нанесены большие потери живой силе противника; получена благодарность от генерала Г.К.Жукова и члена Военного совета Ленфронта А.А.Жданова; члены экипажа награждены орденами и медалями. Командир корабля капитан 2 ранга А.Л.Устинов и командир БЧ-2 капитан-лейтенант В.Т.Коваль получили ордена Красного Знамени. За время пребывания на Неве было выполнено 136 стрельб по противнику с расходом снарядов 1737 штук. Зимой контрбатарейная борьба продолжилась.
Когда обстановка под Ленинградом стабилизировалась, лодку перевели в Кронштадт. Произошло это в ночь на 12 июля 1942 г., правда, ночью это можно было назвать только по времени. При следовании Морским каналом дымзавесчик неудачно поставил завесу, и канлодка попала под огонь артиллерии противника, два снаряда поразили корабль. От осколка одного из них погиб рулевой Павел Бурдун; падая, он повернул штурвал, и судно, сойдя с фарватера, село на бровку канала. Немцы по каким-то причинам прекратили огонь. Подошедшие буксиры сняли часть боезапаса, "Красное Знамя" всплыло и было снято с мели. В Кронштадте устранили повреждения.
В конце августа с новым командиром капитаном 2 ранга Арсеньевым канонерка совершила поход для поддержки корабельных дозоров на о.Лавенсаари. Проведя обстрел островов, через пять суток вернулась обратно. Для усиления противодесантной обороны передовой базы на острове в зимнее время, когда он становится доступным для сухопутного противника, канлодку направили в бухту Норкапельлахт.
В начале ноября в составе конвоя "Красное Знамя" с баржей, нагруженной боеприпасами и бочками с авиационным бензином, на буксире, в охранении тральщиков и сторожевых катеров, вышло из Кронштадта в западном направлении. В этом районе в одной из бухт базировались разнородные силы флота, в том числе и дозорные катера, что вообще было запрещено морскими уставами и инструкциями. Частые выходы катеров в дозоры притупляли бдительность береговых постов службы наблюдения и связи (СНиС). После разгрузки баржи отправили обратно.
Воздушная разведка финнов сразу обнаружила появление в районе острова крупного корабля. Спустя неделю вражеская флотилия торпедных катеров, располагавшая к тому времени всего тремя исправными единицами - двумя катерами типа "Торникрофт" (постройки конца 1920-х гг.) и трофейным Г-5 (ТКА-141), получила приказ атаковать советскую канлодку. Вечером 17 ноября, благополучно миновав дозоры, катера под командованием П.Экмана проникли в бухту, но у пирса канонерки не обнаружили, она уже вышла на рейд. Командиру катеров было приказано торпедировать причал. Однако выполнить приказ не удалось - отказала система стрельбы. Впрочем, финны от этого в конечном счете выиграли. Грохот взрыва наверняка повысил бы бдительность охраны рейда и не позволил повторить набег. Атак флотилия незаметно выскользнула из бухты и вернулась на базу необнаруженной. Финская разведка подтвердила нахождение "Красного Знамени" в бухте вместе с шестью тральщиками типа "Фугас". Атаку решили повторить. Катера "Винха", "Сюексю" и "Вихури" (ТКА-141) вышли в сопровождении немецкого катера-заградителя КМ-27 с минами на борту. В сумерках проследовали мимо советских дозорных катеров, с олимпийским спокойствием наблюдавших за прохождением "своих". На второй запрос с поста СНиС на мысе Киелькоури КМ-27 ответил абракадаброй, но это почему-то никого не насторожило. Дозоры успокоило еще и то, что группа шла не обычным, а военным подходным фарватером. При входе в бухту КМ-27 отделился и поставил мины поперек рейда на глубине 15 м. Поначалу нападавшие не обнаружили советские корабли. Но вскоре П.Экман, осматривая горизонт в ночной бинокль, заметил на фоне леса светлую полоску дыма. Подойдя ближе, установили, что дым идет из трубы стоящей на якоре, носом на юго-восток канлодки, левый борт которой был обращен к входу. Тральщиков же рядом не оказалось.
Все катера, в том числе и "Вихури", имели на вооружении желобные аппараты кормового сбрасывания. Однако перед пуском необходимо было иметь скорость не менее 20 уз., во избежание поражения собственной торпедой. В 21.13 флагманский катер "Сюексю" подал сигнал и первым, взревев моторами, пущенными на полную мощность, устремился в атаку. С канлодки, не получив ответа на запрос, открыли огонь из зенитных орудий. Выпустив одну за другой обе торпеды, "Сюексю" отвернул вправо и пошел на выход из бухты. Следом атаковали "Винха" и "Вихури", выпустившие по одной торпеде; на отходе последний поставил дымовую завесу. Большая часть экипажа "Красного Знамени" в тот момент находилась в кают-компании, где демонстрировалась очередной раз кинокомедия "Антон Иванович сердится". Первая торпеда, адресованная лодке, попала в район машинного отделения, при этом прекратило огонь кормовое орудие; вторая поразила котельное отделение- и пушки замолчали. Все бросились на боевые посты. Финские катера, прикрывшись дымзавесой, проскочили мимо растерявшихся дозоров и благополучно вернулись в свою базу.
После доклада командира БЧ-5 инженер-механика Кондакова капитану 2 ранга Арсеньеву стало ясно, что спасти канлодку невозможно, и он дал команду экипажу покинуть корабль. Неумеющим плавать роздали спасательные жилеты и круги. Из кубрика, заблокированного взрывом, выбраться никому не удалось. По воспоминаниям штурмана Дабахова, лодка погружалась левым бортом, от причала к ней шли катера и буксиры, но не все их дождались, очень уж холодна была ноябрьская вода. Число жертв точно не известно: в разных источниках говорится то о 64 спасенных, то о 64 погибших. На другой день авиация финнов обнаружила в бухте лишь небольшое пятно мазута. В "козлы отпущения" назначили командира лодки, ему вменялось в вину отсутствие порядка, выразившееся в незадраенных водонепроницаемых дверях, хотя любому специалисту было ясно, что удержать лодку на плаву при затоплении двух самых больших отсеков не представлялось возможным.
Оперативная группа капитана 2 ранга Кудинова из состава аварийно-спасательной службы Балтийского флота (АСС) приступила к обследованию затонувшего судна. Было доставлено необходимое оборудование. Корабль лежал на левом борту с креном 93° на каменистом грунте. Удалось поднять часть артиллерии. В течение зимы продолжались подготовительные работы, которые велись в основном в темное время суток. Сильно мешала неспокойная погода. Часто налетали штормы. Летом же работы замедлились, канонерская лодка "Кама", потопленная в конце июня, загромождала рейд, поэтому все силы были брошены на ее подъем.
Осенью очередь дошла и до "Красного Знамени". С помощью понтонов провели выкренивание. Под корпусом протянули стальные "полотенца", к которым закрепили восемь понтонов по 200 т. С баржи начали продувку и откачку воды из отсеков.
Через час лодка оторвалась от грунта, а еще через три часа всплыла на поверхность. На пробоины завели мягкие пластыри, подкрепив их изнутри жесткими заделками. Для буксировки в Кронштадт был сформирован конвой под началом командира 1-й бригады траления капитана 1 ранга Ф.Юрковского; боевое охранение обеспечивал 2-й дивизион сторожевых катеров капитана 3 ранга Я.Резниченко.
Впереди шли катера-тральщики, за ними с поставленными тралами - БТЩ, далее следовали буксиры Кронбазы с канонерской лодкой на буксире, круговую оборону осуществляли СКА, на некотором удалении держались дымзавесчики из дивизиона капитана 3 ранга Н.Амелько. На траверзе форта Ино, где находились финские дальнобойные батареи, была поставлена дымовая завеса. При подходе к Кронштадту шедший в замыкании сторожевой катер подорвался на донной мине, и оставшаяся на плаву его носовая часть едва не врезалась в корму буксируемой канлодки.
В середине ноября "Красное Знамя" поставили в док "Памяти трех эсминцев". Ремонт протекал под контролем контр-адмирала Г.И.Левченко - командующего Кронштадтским морским оборонительным районом. Корабль очистили от грязи и ржавчины, сняли поврежденное оборудование. Отремонтировали корпус, перебрали машины и вспомогательные механизмы. Переложили топки в котлах, заменили часть трубок. Полностью поменяли все кабельные трассы, перемотали электромоторы. Восстановили внутреннюю обшивку всех помещений. Работы проводились в три смены. И 17 сентября 1944 г. лодка вступила в строй. Вскоре она доставила в Хельсинки Союзную контрольную комиссию по перемирию. Появление канонерской лодки вызвало, по некоторым публикациям, немалое удивление финских моряков. Успешная атака их торпедных катеров была поставлена под сомнение.
