In servizo dal 22 luglio 1940 , fù assegnato al II Gruppo Sommergibili di Napoli; rimase comunque a La Spezia , da dove il 31 agosto salpò , al comando del C.F. Aldo COCCHIA , per la Base di Bordeaux .
L'8 settembre violò lo stretto di Gibilterra , e il 5 ottobre attraccò a Betasom , dopo essere stato in agguato presso le acque delle Azzorre. 
Agli ordini del C.F. Primo LONGOBARDO , il Torelli si portò ad operare , dal 12 al 21 novembre, nelle acque a nord dell'Irlanda , ma fù costretto a interrompere la missione per avarie ai motori elettrici.
Riprese il mare il 9 gennaio 1941, gorno 15 affondò il piroscafo Greco Nemea di 5101 tls e il Norvegese Brask di 4079 tls , il 16 , il greco Nicolaos Filinis di 3111 tls , il 28 ,il britannico Urla di 5198 tls .
Rientrò a Bordeaux il 4 febbraio dopo aver subito la caccia da parte di 3 Ct inglesi.
Durante una sosta alla base venne ridotta la dimensione della torretta. 
Al Comando del TV Antonio De Giacomo , il 21 luglio mandò a fondo la petroliera norvegese Ida Knudsen di 8913 tls .
Nel settembre , mentre seguiva un convoglio, fù attaccato da un cacciasommergibili e dal Ct Vimy , subendo gravi avarie e che lo costrinsero al rientro in base.
Sempre al Comando del De Giacomo, promosso CC, affondò il piroscafo Scottish Star di 7224 tls e la cisterna Esso Copenhagen di 9245 tls .
L'11 marzo attaccò con siluro , ma senza successo , la petroliera britannica Dran.
Dopo un lungo periodo di lavori , il 2 giugno 1942 , l'unità salpò per Pallice al Comando del TV Augusto MIGLIORINI , per portarsi ad operare al largo di San Salvador (Bahamas) .
Mentre di notte, in navigazione nel Golfo di Biscaglia , fù attaccato da un aereo provvisto di Radar e proiettore.
Per evitare l'affondamento, per le gravi avarie subite, si incagliò sulle coste spagnole.
Con l'aiuto di alcuni rimorchiatori , venne portato nel porto di Aviles e eseguire parziali riparazioni che gli permisero di riprende il mare e dirigere a Betasom dove venne sottoposto a lavori e rimesso in piena efficienza.
Il 16 marzo 1943 , nel corso di un attacco aereo , furono feriti Comandante e altri Uffciali oltre a 2 membri dell'equipaggio.
Nella primavera del 1943 il Torelli venne trasformato in sommergibile da trasporto per materiali pregiati.
Il 16 giugno lasciò Betasom , al Comando del TV Enrico GROPALLO e arrivò a Sabang il 16 agosto, e il 31 a Singapore , dove , il 10 settembre , fù catturato dai Giapponesi .
Ceduto alla Marina tedesca e denominato U.IT.25, fù ripreso dai Giapponesi il 10 maggio 1945 e chiamato I 504.
Era a Kobe quando il Giappone si arrese, fu demolito nel 1946.

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