Новейшие русские подводные лодки на Чёрном море приступили к выполнению боевых задач лишь в феврале 1915 года. Из субмарин класса «Морж» была сформирован 1-й дивизион подводных лодок, в который входили «Морж», «Тюлень», «Нерпа» и подводный минный заградитель «Краб», тут же получивший от флотских остряков прозвище «ластоногого дивизиона».
По распоряжению тогдашнего командующего Черноморским флотом вице-адмирала А. А. Эбергарда русским подлодкам предписывалось нарушить морские коммуникации в районе пролива Босфор с целью недопущения снабжения припасами морским путём столицы Турции Стамбула, являющейся по совместительству и главной базой германо-турецкого флота. Особое внимание уделялось перехвату угольных транспортов ходивших между Босфором и шахтами в Эрегли и Зонгулдаке. Имея значительные залежи качественного каменного угля на востоке страны, турецкое правительство не удосужилось построить железную дорогу между угольными копями и основными потребителями, сделав полностью зависимой от морских перевозок систему снабжения топливом стратегически важных объектов на западе страны. Восьмого апреля 1915 года на позиции возле пролива Босфор вышли «Нерпа» и «Тюлень», через два дня «Нерпа» атаковала из надводного положения парусную шхуну с военным грузом. Русские дали время туркам покинуть обречённый парусник, а затем артиллерийским выстрелом уничтожили вражеский корабль. Это была первая победа подводников - черноморцев в Мировой войне.
Морское командование Черноморского флота России одним из первых в мире применило комбинированные атаки надводных кораблей и подводных лодок на вражеские конвои. 23 августа 1915 года русские миноносцы «Пронзительный» и «Быстрый», при активном содействии подводной лодки «Нерпа» под командованием старшего лейтенанта В.В.Вилькена, разгромили большой угольный караван турок, находившийся под охраной крейсера «Гамиде» и миноносцев «Нумуне» и «Муавенет». Бой завязали русские миноносцы, сразу добившись нескольких попаданий в турецкий флагман. Когда под сосредоточенным огнём превосходящих их по вооружению трёх кораблей неприятеля «Пронзительный» и «Быстрый» были вынуждены отойти, в бой устремилась «Нерпа». Выход в атаку оказался неудачным, но при виде перископа подводной лодки на мостиках вражеских судов началась паника. Крейсер и миноносцы, бросив тяжелогружённые транспорты, бросились наутёк, а турецкие угольщики в поисках укрытия направились к берегу, где их настигли и расстреляли вернувшиеся на поле боя русские миноносцы. Всего было потоплено четыре транспорта общим водоизмещением 7101 т, а также буксируемая одним из пароходов несамоходная баржа с углём.
Всполошённые турки и немцы были вынуждены направлять на сопровождение угольных конвоев свои самые мощные надводные суда, включая главную ударную силу турецкой эскадры тяжёлый крейсер «Гёбен». Однако русские моряки и тут не дремали: на минах, выставленных подводным заградителем «Краб» 18 июля 1915 года подорвался крейсер «Бреслау», а осенью этого же года едва не погиб от торпед, выпушенных подводной лодкой «Морж» неприятельский флагман «Гёбен». Обеспокоенный активностью русских субмарин, и не имея эффективных противолодочных средств, командующий турецко-германским флотом контр-адмирал Вильгельм Сушон приказал немедленно прекратить привлечение крупных кораблей на конвойные операции. Таким образом, турецкие транспорты оказались один на один с постоянной невидимой угрозой, вот тут русским и пригодилось установленное на «Моржах» мощное артиллерийское вооружение. Из-за общей технической отсталости основу османского торгового флота на Чёрном море составляли парусные корабли, представлявшие лёгкую добычу. Командиры русских субмарин, приберегая безумно дорогие английские торпеды для более серьёзных мишеней, обычно старались уничтожать обнаруженные неприятельские суда своей сильной артиллерией. Бывали случаи, что цель оказывалась настолько незначительной, что для её уничтожения даже расход снаряда казался подводникам верхом расточительства. В таком случае русские моряки либо подрывали захваченный корабль пиропатронами, либо поджигали бутылками с керосином, а иногда, без затей пускали ко дну, проломив деревянный борт парусника таранным ударом форштевня. Если позволяла обстановка или груз был особо ценным, на судно направлялась призовая команда и трофей препровождался в русские порты.
Вследствие блокады перевозок на линии Босфор - Зонгулдак, к началу 1916 года турецкий флот начал испытывать нехватку топлива. Впрочем, помимо русских моряков, к созданию хаоса в снабжении припасами германо-турецких ВМС приложило руку и местное чиновничество. Младотурецкие чиновники беззастенчиво разворовывали деньги, выделенные кайзеровским правительством своим союзникам на закупку угля и выплату жалования шахтёрам. Из-за хронического безденежья рабочие на копях начинали забастовки, а зафрахтованные, но не получившие оплаты команды угольных транспортов отказывались выходить в море. Однажды, окончательно доведённый до белого каления очередными «художествами» турецких «эффективных менеджеров», умыкнувших деньги, полагавшиеся не только поставщикам угля, но и на выплату жалованья германским морякам, адмирал Вильгельм Сушон приказал нацелить орудия «Гёбена» на стамбульские министерства и ведомства, отвечающих за снабжение эскадры и пригрозил в случае задержки положенных выплат более, чем на три часа, расстрелом из главного калибра административных зданий вместе с находящимися в них турецкими служащими. А в дома к особо усердствовавшим в расхищении средств столоначальникам, адмирал отправил десант вооружённых моряков, взявших под стражу их семьи и имущество. Разумеется, чудесным образом все предназначавшиеся для флота и шахтёров деньги тут же нашлись. С этого знаменательного события, приходя в ужас лишь от одного упоминания имени Сушона, турецкая бюрократия выполняла все свои обязанности чётко, без волокиты и милых любому чиновному сердцу «распилов» и «откатов».
Наведя относительный порядок среди государственного аппарата Турции и, организовав поставки угля из Германии по железной дороге через потерпевшую поражение Сербию, германо-турецкий флот лишь к лету 1916 года смог частично преодолеть «угольный голод» и активизировать свою боевую деятельность. Тем временем осенью и зимой 1915 года, почти не встречая противодействия со стороны противника, русские подводные лодки и миноносцы активно занимались истреблением вражеского торгового флота. К февралю 1916 года на Чёрном море в распоряжении турецкого военного министра Энвера-паши остались всего 5 пароходов, способных выйти в море, а всё судоходство центральных держав и их союзников в районе Босфора было остановлено.
На фоне тяжёлых поражений царских войск в 1915 году на Западном фронте русские газеты до небес превозносили успехи Кавказской армии генерала Юденича и удачные действия моряков Черноморского флота, в том числе и подводников. Наибольшую известность в России получила подводная лодка «Тюлень» со своим командиром, ставшим подлинно народным героем капитаном 2 ранга Михаилом Александровичем Китицыным.
В начале Первой мировой войны лейтенант Китицын служил на сухопутном фронте, принимал участие в обороне ивангородской крепости, за храбрость был удостоен ордена Св. Анны 4-й степени. В сентябре 1915 года флаг-офицер штаба Бригады подводных лодок Черноморского флота старший лейтенант Китицын назначается командиром субмарины «Тюлень». Подводная лодка под его командованием в 1915 году захватила и потопила 5 парусников, а в 1916 от её действий пострадали 21 парусник и три парохода неприятеля.
Наиболее удачным для Китицына и его лодки был день 13 марта 1916 года, когда субмарина артиллерийским огнём уничтожила сразу 11 вражеских шхун - «магонов». Девятнадцатого марта 1916 года «Тюлень» атаковал и повредил торпедой крупный австро-турецкий транспорт «Дубровник», впоследствии окончательно добитый лодкой «Морж» под командованием старшего лейтенанта В.В. Погорецкого.
Особо в истории Российского подводного флота стоит бой лодки «Тюлень» с вражеским вооружённым транспортом «Родосто», водоизмещением в 6 тысяч тонн. 11 октября 1916 года неподалёку от острова Кефкен Китицын обнаружил большой пароход, следующий полным ходом на восток. Находящаяся в надводном положении лодка бросилась на перехват. В 22 часа 45 минут прозвучали первые выстрелы 76 мм орудий «Тюленя». Обычно после нескольких предупредительных выстрелов турки бросали свои суда и уходили на шлюпках к берегу. Но на этом транспорте половину команды составляли немецкие моряки с находившегося в ремонте крейсера «Бреслау», поэтому вместо прыгающих за борт моряков, в сторону русской субмарины с визгом полетели 88 мм снаряды вражеских пушек. К счастью, в сгущавшейся темноте германо-турецкие комендоры не могли правильно оценить расстояние, вдобавок по интенсивности стрельбы и мощности орудий они ошибочно посчитали, что ведут бой не с низко сидящей в воде субмариной, а с миноносцем, и поэтому неверно выставили прицелы своих орудий. Китицын, воспользовавшись ошибкой противника, зашёл со стороны берега и принялся безнаказанно расстреливать «Родосто», целясь в надстройки. В течении 50 минут с лодки было выпущено 46 снарядов, из которых 30 попали в цель, неприятель же не добился ни одного попадания. На пароходе вспыхнул пожар, турецкая часть команды принялась спускать шлюпки, но оставшиеся на борту немцы продолжали вести огонь. Боезапас на лодке подходил к концу, поэтому Китицын подошёл ещё ближе к противнику и с расстояния в 300 метров вогнал в борт неприятеля ещё 7 снарядов, метя в район машинного отделения. Из-под развороченной обшивки густо повалил пар, пароход остановился, а его команда, схватив подручные спасательные средства, стала прыгать за борт. Позже из воды русские подняли двух турок и шестерых германских моряков. Призовая команда «Тюленя» в составе 3 офицеров и 18 матросов перешла на «Родосто» и начала тушить пожары, поднимать пары и налаживать рулевое управление. К утру, устранив неполадки, российские моряки повели трофей к родным берегам. Через 40 часов после боя лодка и плененный угольщик в сопровождении эсминца «Быстрый» благополучно прибыли в Севастополь.
Как гласит флотская легенда, « … отмечая эту победу Китицына, моряки 1-го дивизиона подводных лодок устроили грандиозную пирушку с обильным употреблением «крепких» напитков. Изрядно утомившись в служении Бахусу и ощутив неодолимое желание посетить храм Мельпомены развесёлая компания в полном составе направилась в Севастопольский театр. Во время антракта командующий флотом вице-адмирал А.В. Колчак потребовал старшего лейтенанта Китицына к себе в ложу. Не совсем уверенно державшийся на ногах командир «Тюленя», поддерживаемый друзьями-подводниками, отправился к начальству. С показной строгостью Колчак вручил ему запечатанный пакет и приказал незамедлительно вскрыть его в укрытом от посторонних глаз месте. Стараясь как можно меньше дышать в сторону командования, оторопелый Китицын, отдав честь и повернувшись через левое плечо, с пакетом в руках отправился в «мужскую комнату», откуда через несколько минут вернулся к ожидавшим его товарищам, растерянно улыбаясь и с новенькими погонами капитана второго ранга на плечах…»
В ноябре 1916 года «Тюлень» уничтожил огнём из орудий турецкий каботажный пароход «Тутсак», потопил два трёхмачтовых парусника с зерном, а шхуну «Сфатос» с грузом великолепного табака стоимостью в 200 тысяч рублей золотом теперь уже кавторанг Китицын захватил и отконвоировал в Севастополь. В июле 1917 года «Тюленем» были атакованы и пущены ко дну пароход «Интизам» и 4 шхуны противника. Шестого октября 1917 года Китицын снова крупно отличился. На позициях севернее Игнеады лодка обнаружила шедший без опознавательных знаков большой пароход.
В отличие от Балтики, на Чёрном море нейтральных судов быть не могло в принципе, поэтому Китицын сразу приказал открыть огонь на поражение. Получивший несколько попаданий неприятельский транспорт «Махи» остановился. Русские высадили на него призовую команду и вызвали по радио помощь. Вечером 7 октября из Севастополя прибыли эсминцы «Счастливый» и «Зоркий» и препроводили захваченное судно к себе на базу.
За время своей службе на «Тюлене» капитан второго ранга Китицын одержал 41 победу, захватил и потопил суда общей валовой вместимостью 8973 брутто-регистровых тонн. За отличную службу он был досрочно повышен в звании до капитана 1 ранга и был награждён мечами и бантом к ордену св. Анны 3-й степени; орденом св. Станислава 2-й степени с мечами; орденом св. Георгия 4-й степени; орденом св. Владимира 4-й степени, а по Высочайшему указу "За отличие в делах против неприятеля" отважный моряк был награждён золотым Георгиевским оружием. По общему тоннажу потопленных и захваченных судов Китицына превзошёл лишь балтиец И.В. Мессер прославленный командир легендарной «Грозы морей» «Волка» (см. "Зубастые "Барсы" Балтийского флота), но по числу одержанных побед и по известности среди современников Китицын по праву считался подводником № 1 Российской Империи.
Последним успехом «Тюленя» в Мировой войне стал захват парохода «Козлу» и шхуны с углём 23 октября 1917 года, за два дня до Октябрьской революции. 16 декабря 1917 года на лодке был поднят красный флаг и 29 декабря «Тюлень» официально вошёл в состав РККФ. Однако служба у большевиков скоро закончилась: 5 мая 1918 года в Севастополь вошли немцы и захватили покинутую командой субмарину.
После капитуляции Германии и Турции 24 ноября 1918 года, лодка перешла под контроль англо-французского командования, которое передало её на ответственное хранение бывшему командиру «Моржа» капитану второго ранга Погорецкому. С декабря по январь группа русских моряков занималась приведением лодки в боевую готовность и, наконец, в январе 1919 года «Тюлень» отправился в первый боевой поход под флагом правительства Юга России. Так как на Чёрном море больше не было достойных целей для торпед, командование Добровольческой армии использовало субмарину в качестве корабля артиллерийской поддержки и посыльно-транспортного судна. 6 ноября 1920 года в составе эскадры кораблей под флагом контр-адмирала М.А. Беренса лодка навсегда покинула Россию и отправилась в Константинополь. В декабре 1920 года с остатками русской Черноморской эскадры "Тюлень" перебазировался в тунисский порт Бизерту вместе с подводными лодками "Буревестник", "Утка" и АГ-22. До 6 ноября 1924 года на лодке находился полный экипаж, нёсший службу по уставам Императорского флота России. После революции Советское правительство долго вело безуспешные переговоры с Францией о возвращении кораблей, но, несмотря на то, что французское правительство и признала суда собственностью СССР, на родину их так и не вернули. В 30-е годы героический «Тюлень» был продан на металлолом.
Следующим по результативности из «ластоногого дивизиона» была подводная лодка «Морж», командир старший лейтенант В.В. Погорецкий. Летом 1915 года «Морж» потопил пароход «Игнеада водоизмещением 1708 тонн с грузом угля. Уничтожение «Игенады» получило в стране широкий резонанс, так как до ноября 1914 этот транспорт входил в состав торгового флота Российской Империи под наименованием «Ида» и был захвачен турецкой эскадрой в самом начале войны, поэтому потопление «пленённого» корабля рассматривалось в тогдашнем обществе, как восстановление справедливости. За этот подвиг старший лейтенант Погорецкий был награждён Георгиевским оружием. 1 ноября 1915 года «Морж» из подводного положения осуществил атаку линейного крейсера «Явуз Султан Селим». На лодке явно слышали взрыв торпеды, а в перископ наблюдали большое облако дыма в районе атаки и медленно входящий в пролив германо-турецкий крейсер. Хотя ни германское, ни турецкое командование не подтвердили попадание торпеды в их флагман, однако именно после нападения «Моржа» адмирал Сушон категорически запретил использовать крейсер для эскортирования конвоев. В начале марта 1916 года подводная лодка, барражируя вдоль Анатолийского побережья Турции, уничтожила пароход «Дурыджа» и несколько парусников.
10 марта «Моржа» атаковал германский гидросамолёт, сбросивший семь бомб, одна из которых угодила точно в корпус, повредив торпедный аппарат, но по счастливой случайности не взорвалась. Эта была первое относительно успешное боевое применение противником противолодочных аэропланов на Черноморском театре военных действий. Практически полная беззащитность субмарины перед воздушным противником подействовала на экипаж удручающе. Вернувшись в базу, Подгорецкий незамедлительно подал рапорт, в котором рекомендовал перекрасить лодки в менее заметные цвета и потребовал установить на борт противоаэропланное вооружение. Черноморский флот не зря считался лучшим флотом Империи, и уже через несколько месяцев неприятельских лётчиков, пытавшихся бомбить русские субмарины, встречали не выстрелы из винтовок и пистолетов подводников, а плотный огонь из 37 мм противоаэропланных пушек и зенитных пулемётов, ведущийся хорошо обученными расчётами. Следующей жертвой «Моржа» стал накануне повреждённый «Тюленем» большой транспорт «Дубровник», который во избежание гибели выбросился на мель возле мыса Кара-Бурну. Позиция для атаки была выбрана Подгорецким с ювелирной точностью. Единственной торпедой он не только окончательно добил аварийный пароход, но и уничтожил стоявший у его борта большой парусный бриг, на который турецкие моряки пытались перегрузить драгоценный для них уголь. Всего командой «Моржа» было потоплено и захвачено 33 разнотоннажных судна.
28 апреля 1917 года «Морж» под командованием старшего лейтенанта А.С. Гадона вышел в очередной поход, из которого не вернулся. По данным противника лодка была повреждена огнём турецких береговых батарей мыса Ачаккоджа 3 мая, на ней возник пожар и субмарина сильно дымя, ушла в море. В отечественных источниках имеется иная информация, так, в своей оперативной телеграмме командующий флотом вице-адмирала Колчак от 12 мая 1917 года сообщает о том, что подлодка была уничтожена атакой германского самолёта 1 мая. Истинные обстоятельства гибели лодки, унесшие жизни 42 членов экипажа остаются неизвестными до сих пор. «Морж» был единственной субмариной, потерянной Черноморским флотом во время боевых действий 1914-1917 гг.
Подводная лодка «Нерпа» в кампании 1915-1917 годов потопила или захватила в плен 3 парохода, 8 парусников и моторную шхуну. С лета 1917 года субмарина находилась на ремонте в Николаеве, где примерила на себя почти все флаги участвовавших в Гражданской войне сторон. 17 января 1918 года лодка перешла в подчинение большевистского правительства, а ровно через два месяца «Нерпу» захватили австро-германские войска и направили на субмарину свой экипаж, несмотря на то, что над ней был поднят «жовто-блакитный» флаг де-юре союзного немцам правительства гетмана Скоропадского.
В декабре 1918 года по прежнему небоеспособная «Нерпа» перешла под юрисдикцию Антанты, но 14 марта 1919 года была отбита у интервентов наступающими войсками Южного фронта красных. Ровно через четыре месяца над продолжавшей стоять у ремонтного пирса лодкой был поднят трёхцветный флаг Добровольческой армии Деникина. 31 января 1920 года Красная армия вступила в Николаев и «Нерпа» снова стала советской.
Ремонт на лодке закончили лишь в 1923 году, и только тогда она была введена в состав РККФ, став, пожалуй, самой мощной действующей подводной лодкой Красного Черноморского флота. В этом же году «Почётным моряком» в список экипажа «Нерпы» был зачислен командующий Вооружёнными силами Украины и Крыма М.В. Фрунзе. Лодка находилась на боевом посту до 1930 года, после чего её разоружили, и, исключив из списков флота, передали Черноморской партии ЭПРОН для использования при тренировке водолазов.
Несмотря на ряд конструктивных изъянов, отсутствие водонепроницаемых переборок и невысокую мощность двигателей, хорошая для условий Черноморского театра боевых действий дальность плавания, простота эксплуатации и обслуживании, а также очень хорошее вооружение обеспечили черноморским лодкам «русской серии» инженера Бубнова высокие оценки большинства российских подводников времён Великой войны.