Подводная лодка VI-бис серии заложена 25 августа 1934 года на заводе №-198 (им. Марти) в Николаеве. По железной дороге перевезена в Ленинград на завод №-190, где 15 сентября 1935 года спущена на воду. 15 июля 1936 года М-81 вступила в строй, 22 июля 1936 года вошла в состав Краснознаменного Балтийского флота.
В составе 2-го дивизиона 3-й Бригады подводных лодок КБФ подводная лодка участвовала в Советско-финской войне. После первого Боевого похода в Финский залив в начале декабря 1939 года М-81 стала на ремонт, по окончании которого еще три раза посылалась на позиции.
22 июня 1941 года подводная лодка находилась в составе 4-го дивизиона 1-й Бригады подводных лодок КБФ в Либаве. 27 июня по приказу командира Бригады подводная лодка покинула позицию. Так как в Либаве уже были германские войска, М-81 направилась в Усть-Двинск, где застала бригаду на переходе в Куйвасту.
1 июля 1941 года подводная лодка шла в составе отряда кораблей в кильватере плавбазы «Иртыш».
У банки Лайне в районе острова Вормси М-81 подорвалась на мине и затонула, переломившись в районе Центрального поста. На борт тральщика Т-216 были подняты трое, в момент взрыва находившиеся на мостике. Командир М-81 погиб, был тяжело ранен командир БЧ-5, командир группы рулевых почти не пострадал. Одним из спасенных оказался старшина группы мотористов В.Преображенский. В момент взрыва он спал в IV отсеке. В.Преображенский сумел добраться до отсечного люка и, открыв его, вместе с пузырем воздуха всплыл на поверхность.
В 1965 году М-81 была поднята Аварийно-Спасательной Службой флота с глубины двадцать метров. Команда подводной лодки была похоронена в Риге.
В июле 1949 года подводная лодка обнаружена на грунте водолазами 89-го АСО ВМФ. В результате осмотра было обнаружено, что корпус подводной лодки разорван на две части, на расстоянии восьми метров от форштевня у киля в районе 1-го отсека пробоина 2 х 2.3 метра, ограждение рубки с обоих бортов разорвано.
В мае 1965 года кормовая часть М-81 поднята (носовая из-за наличия торпед подорвана на грунте) и отбуксирована для разделки на металл в Таллинн.
5 июня 1965 года команда подводной лодки была похоронена на военном кладбище в г.Таллинне (в части Армейского кладбища начала 20 века на Кладбище Сиселинна или Внутригородском кладбище, в 2007 году недалеко от захоронения был установлен перенесенный с Тынисмяги Бронзовый солдат). Корпус подводной лодки в дальнейшем был разделан на металл
Вечная слава погибшим подводникам:
- капитан-лейтенант Зубков Федор Антонович – командир ПЛ погиб в июле 1941
- капитан-лейтенант Мочалов Федор Александрович – командир ПЛ погиб 26.06 в Лиепае
- лейтенант Ильин Георгий Иванович – командир БЧ-1
- старшина 1 статьи Белов Николай Васильевич – командир отделения трюмных, 1916 года, Вологодская область. д. Осаново
- старшина 2 статьи Волков Павел Игнатьевич – командир отделения электриков, 1917 года, Тульская область, д. Которино
- старший краснофлотец Воробьев Василий Тимофеевич – старший моторист, 1918 года Ленинградская область, д. Ивлево
- краснофлотец Геворкьянц Борис Сергеевич – электрик, 1920 года Ростовская область г. Ростов на Дону
- краснофлотец Долгов Евгений Павлович – рулевой, 1922 года, г.Тула
- главный старшина Ильин Андрей Ильич – боцман погиб 26.06.1941 в Лиепае (Ивановская область)
- старший краснофлотец Криклевский Ефим Степанович – старший торпедист 1922 года Молдавская ССР д. Подоймица
- старшина 2 статьи Румянцев Константин Андреевич – командир отделения радистов, 1918 года, Калининская (Тверская) область, д. Шабаршино
- старшина 2 статьи Семов Петр Сергеевич – пропал без вести в сентябре 1941 (Калининская область)
- старшина 2 статьи Симонов Александр Леонтьевич – командир отделения рулевых, 1915 года, Куйбышевская (Самарская) область, с. Кетчи
- старшина 2 статьи Федосеев Алексей Матвеевич – командир отделения мотористов 1919 года, Московская область, д. Орешкино
- старший краснофлотец Федулов Михаил Евсеевич – акустик, 1915 года, Московская область, с. Петровичи
