Катера строились на заводах в Ленинграде и Сосновке (Кировская область). В составе Северного флота до войны было всего два катера, но в августе 1941 года ленинградские рабочие успели построить и сдать в ещё пять. Эти семь катеров сведены в отдельный отряд, который действовал до 1943 года. В 1943 году серийное производство катеров возобновилось.

Живучесть катеров была высокой. В десантной операции в Лиинахамари, в которой участвовали две группы катеров Северного флота под командованием капитан-лейтенанта А. О. Шабалина и капитана 2 ранга С. Г. Коршуновича, катера попали под плотный артиллерийский обстрел с немецкой и финской стороны. При этом катер ТК-114 получил повреждение тяги руля, но при помощи только моторов экипаж вывел катер из-под обстрела. Как оказалось, в корпусе было 200 пробоин. Но самую большу́ю живучесть проявил катер ТК-209 под командованием старшего лейтенанта А. И. Кисова: в мае 1944 года у Кийских островов его атаковали немецкие самолёты. От выстрелов из пулемётов, пушек и бомб в корпусе образовалось 320 пробоин, но экипаж не только спас катер от гибели, но и сумел сбить один из самолётов.

Головной катер Д-3 6 августа 1940 года был включен в состав Черноморского флота. Потопил 13 июня 1942 года во время рейда на Ялтинский порт под командованием будущего Героя Советского Союза Кочиева К. Г. сверхмалую итальянскую подводную лодку «СВ-5» и 1 августа 1942 года совместно с торпедным катером «СМ-3» германскую быстроходную десантную баржу «F 334» (220 т).