В отличие от других районов, подводные лодки находились здесь в самых суровых условиях. Нередко в тумане они сталкивались с льдинами или выскакивали на ледяные поля. Тем не менее именно тут они нашли самое разнообразное и подчас необычное применение. Поскольку базы находились неподалеку от районов боевых действий, использовались только подводные лодки водоизмещением 500 тонн. Характерным для действий германских субмарин в Северном Ледовитом океане являлось их участие в метеорологической разведке. Нередко решение этих задач было связано с доставкой и высадкой групп метеорологов на побережье Гренландии, Шпицбергена, Земли Франца-Иосифа, а также с оказанием помощи в создании опорных пунктов. Кроме того, подводные лодки производили доставку метеорологической радиоаппаратуры на побережье противника, на острова Ян-Майен, Медвежий, Надежды, Новая Земля, а также постановку метеорологических радиобуев на отмелях Исландии. Германские лодки многократно ставили мины у побережья Советского Союза, причем иногда на таких малых глубинах, что едва удавалось погрузиться.
В декабре 1941 года произошел трагический инцидент. Предписанная к 3-й флотилии подводных лодок в Ла-Рошели, U-134 под командованием капитан-лейтенанта Рудольфа Шенделя входила в сводную группу лодок, направленных в арктические воды. Первый же боевой поход обернулся для нее драматическим курьезом: 9 декабря 1941 года она потопила германский пароход «Штейнбек», при этом погибли 12 человек. Удивительно, но командир U-134 не понес никакого наказания. Выйдя в море в следующий раз, 2 января 1942 года, он все же смог потопить английский транспорт «Вазиристан».
Часто подводникам поручались особые задания, например внезапный захват отдаленных полярных радиостанций. В 1942 году «серые волки» из своих 88-миллиметровых орудий обстреливали советские береговые радиостанции. Предпринимались и попытки заправлять горючим с этих импровизированных «опорных пунктов» самолеты. Несмотря на большие трудности — многие самолеты разбивались на волне, — такие заправки все-таки осуществлялись и позволяли расширить возможности дальней воздушной разведки. До самого конца войны германская воздушная разведка в направлении Исландии и Шетлендских островов оказывала весьма существенную помощь подводным лодкам при их действиях против конвоев союзников.
Совместные действия германских подводных лодок с надводными кораблями в Заполярье составляют особую главу в истории Второй мировой войны. Субмарины выполняли в таких случаях задачи не только разведки, но и прикрытия, как это имело место при прорыве броненосца «Адмирал Шеер» в Карское море и при артиллерийском обстреле линейными кораблями «Шарнхорст» и «Тирпиц» укрепленных пунктов на Шпицбергене. Планировались и совместные действия по уничтожению конвоев. Они проводились в тех случаях, когда это считалось возможным, однако при их выполнении постоянно приходилось сталкиваться с непредвиденными осложнениями.
Опорные пункты подводных лодок в этом районе также имели свои характерные особенности. В Киркенес, Гаммерфест, Харстад и Нарвик были доставлены плавучие судоремонтные мастерские и плавучие казармы.
Понятно, что и немецкие пути сообщений, проходившие морем вдоль норвежского побережья, не были безопасны, ибо здесь действовали английские подводные лодки, эсминцы, торпедные катера и самолеты. Поэтому обеспечение германских войск, находившихся на севере Норвегии, было связано с немалыми трудностями, которые, после того как германская авиация потеряла господство в воздухе, усилились еще более. Для доставки таких важных грузов, как, например, торпеды, частично использовались специальные транспортные подводные лодки. Однако на Северном Ледовитом океане эти лодки встречали обстановку, сходную с условиями Бискайского залива. Даже эскортируемые транспортные подводные лодки гибли в шхерах.
Задания, казавшиеся в других местах обычными и нормальными, здесь превращались в сложные проблемы. Основные трудности, стоявшие перед подводными лодками в Заполярье, заключались в сложных навигационных условиях. Трудно было точно определить свое место в море из-за туманов, частых осадков и постоянно меняющейся видимости. Плавание в ледовой обстановке вызывало частые повреждения самих лодок и их оснащения. Особо сложными были атаки в период светлых ночей полярного лета. В бесконечно долгую полярную ночь выследившая конвой лодка совершенно неожиданно могла оказаться в самом его центре под светом ярко вспыхнувшего северного сияния.
Когда опасность вторжения англичан в Норвегию уже не вызывала тревоги у немцев, с 12 марта 1942 года 20 подводных лодок получили новую задачу: воспрепятствовать перевозкам грузов в Мурманск и Архангельск. Западные державы осуществляли снабжение Советского Союза военными материалами тремя путями: через порты Северного Ледовитого океана, Иран и Владивосток. Направлявшиеся через Владивосток транспорты были вне досягаемости для немецких атак, на поставки через Иран можно было влиять лишь косвенно, в рамках общей подводной войны.
Тем важнее было обеспечить уничтожение к тому же и наиболее многочисленных конвоев, направлявшихся в советские северные порты. Борьба на этих коммуникациях наряду с материальным ущербом противнику могла принести существенную выгоду в стратегическом отношении, ибо при этом сковывались крупные силы английского флота, которые союзникам постоянно приходилось выделять для прикрытия конвоев.
21 августа 1941 года из Англии в СССР вышел первый конвой, в охранении и прикрытии которого находились авианосец, два крейсера, пять эсминцев и три тральщика. Конвои, направлявшиеся в СССР, обозначались литерами PQ, а те, что возвращались обратно, — QP. Это были инициалы морского офицера П. К. Эдвардса, ответственного за планирование конвоев. До конца 1941 года по этой новой внешней коммуникации Советского Союза прошло в обоих направлениях 13 конвоев, в том числе девять конвоев с запада на восток. Из 103 судов их состава немецкой субмариной, одной из первых, направленных в Арктику, был потоплен только один транспорт. Никто из союзников тогда не придал серьезного значения этому инциденту, который по сути являлся важным предупреждением. Германское командование также не уделило серьезного внимания переброске военных материалов в советские порты. Гитлер тогда еще был убежден в быстром завершении русской кампании.
Лишь после провала наступления на Москву, когда война против Советского Союза пошла по совершенно новому и неожиданному руслу, началась планомерная борьба с конвоями союзников легкими силами флота, подводными лодками и авиацией. Эффективность ее была тем выше, чем продолжительнее были дни и короче спасительные для конвоев ночи, пока, наконец, в летние месяцы конвои вообще лишились всякой возможности укрываться от наблюдения противника.
Первым военным кораблем эскорта, пущенным на дно практически со всей командой, оказался британский эсминец, сопровождавший конвой PQ-8. Это произошло 17 января 1942 года северо-восточнее Кольского полуострова в результате стремительной атаки субмарины U-454 под командованием капитан-лейтенанта Буркхарда Хаклэндера. Следующий поход этой подлодки в феврале обернулся не успехами, а потерей: недалеко от Тронхейма, почти сразу после выхода в море, был смыт за борт ефрейтор Кауэр.
30 апреля 42-го года подлодка U-456 капитан-лейтенанта Макса-Мартина Тейхерта двумя торпедами потопила английский крейсер «Эдинбург» (11 500 брт), возвращавшийся из Мурманска в Англию с несколькими тоннами советского золота в оплату поставок по ленд-лизу. Крейсер затонул при буксировке через два дня после торпедирования, а ценный груз пролежал на дне более 40 лет. Та же участь постигла и другой английский крейсер — «Тринидад».
С 24 по 30 мая немецкая авиация подвергла ожесточенной бомбардировке крупнейший из следовавших ранее конвой в Советский Союз — PQ-16, состоявший из 30 судов. Пять транспортов были потоплены, четыре повреждены. 114 000 брт — самые большие потери на тот момент. Вдобавок авиация ударами по портовым сооружениям Мурманска и по Мурманской железной дороге нанесла серьезный ущерб грузам, уже доставленным в порты.