В третий Боевой поход С-13 отправилась 11 января 1945 года и находилась на позиции между маяком Риксхефт и Кольбергом с вечера 13-го января. К этому времени противнику удалось наладить противолодочную оборону своих коммуникаций, но проявляемая А.И. Маринеско активность должна была привести к успеху. После нескольких неудачных попыток атакоывать конвои, которые срывались из-за опасности столкновения с кораблями охранения или штормовой погоды. Вечером 30 января в районе маяка Хела произошла встреча с крупным лайнером — «Vilgelm Gustlov». Акустик старшина 2 статьи И.М. Шпанцев уловил шумы винтов и доложил в центральный пост: «Слева 160 градусов — шум винтов крупного судна!». А.И. Маринеско сориентировался мгновенно: оценил обстановку и повернул С-13 на противника. Вскоре акустик доложил: «Пеленг быстро меняется на нос!» — цель уходила на запад, притом быстро, в подводном положении за ней не угнаться. В Центральном Посту прозвучала команда командира: «К всплытию!». А.И. Маринеско решил атаковать противника из надводного положения и со стороны берега. Прижимаясь к берегу, С-13 легла на тот же курс, что и противник, и пошла вдогонку за лайнером. Кроме командира подводной лодки, на мостик поднялись командир штурманской боевой части капитан-лейтенант Н.Я. Редкобородов и старший краснофлотец А.Я. Виноградов.
В холодную погоду и при непроглядной темноте преследование продолжалось около 2 часов. Были моменты, когда С-13 развивала скорость более 16 узлов. Командир электромеханической боевой части капитан-лейтенант Я.С. Коваленко и его подчиненные в эти моменты выжимали из главного двигателя все, однако дистанция до цели не уменьшалась. Тогда А.И. Маринеско вызвал наверх командира БЧ-5 и приказал хотя бы на время развить форсированный ход. И только когда скорость составила 19 узлов, дистанция стала сокращаться.
Налетавшие снежные заряды временами скрывали цель. Поравнявшись с нею, С-13 резким поворотом вправо вышла на Боевой курс. Вниз последовала команда: «Первый, второй, третий и четвертый торпедные аппараты — «Товсь!», а в 23 часа 8 минут последовала команда: «Пли!»; до цели было всего пять кабельтовых. Менее чем через минуту раздались три мощных взрыва. С мостика видели, как одна торпеда взорвалась в районе фок-мачты, другая — в средней части судна, а третья — под грот-мачтой. Четвертая торпеда не вышла из аппарата. Лайнер «Вильгельм Густлов» водоизмещением более 25000 тонн, с дифферентом на нос и большим креном на левый борт, стал погружаться, а через несколько минут затонул. Через полчаса появились четыре немецких сторожевых корабля, миноносец и два тральщика, которые начали спасать пассажиров. Два сторожевика и тральщик начали поиск подводной лодки, их прожекторы, прощупывая темноту, искали С-13. Вскоре стали рваться глубинные бомбы. А.И. Маринеско, вместо того чтобы уйти в море на большие глубины, повернул к берегу и лег на грунт. Ход атаки в корабельных документах отражен следующим образом:
Единственный конвоир лайнера — миноносец «Leve» в момент преследования и атаки находился далеко за кормой лайнера и сразу занялся спасением пассажиров, присоединившийся позднее миноносец Т-36 сбросил двенадцать глубинных бомб, чтобы помешать С-13 вторично выйти в атаку.
До недавнего времени считалось, что вместе с лайнером погибло 406 из 918 матросов и офицеров 2-го батальона 2-й учебной дивизии подводных сил, 91 из 173 членов экипажа, 246 из 373 женщин-военнослужащих Grigsmarine и около 4600 из 5100 бещенцев и раненых, но после 1997 года ведущий немецкий исследователь гибели «Vilgelm Gustlov» Х. Шен, бывший в 1945 году пассажирским помощником капитана лайнера, в очередной раз изменил цифру погибших. Ссылаясь на данные под присягой бывшего санитарного обер-фенриха В.Терреса, он заявил, что лайнер принял не чуть более 5000 беженцев, как считалось раннее, а около 9000, что увеличивает цифру погибших вместе с судном с примерно 6000 до 9300, и официально на сегодняшний день немцы приводят именно эти данные.
С-13 продолжила крейсерство и 3 февраля при попытке атаковать подверглась нападению сторожевого катера противника. 6 февраля С-13 обстреляли с немецкой подводной лодки.
10 февраля в 45 милях к северу от маяка Ярославец А.И. Маринеско обнаружил крупный транспорт «General Shtoiben», следовавший в охранении миноносца и катера-торпедолова с погашенными ходовыми огнями.
Его эскорт составляли миноносец Т-196 и торпедолов TF-10. Четыре часа А.И. Маринеско маневрировал, зная о присутствии противника благодаря акустической станции и наблюдал его лишь последние сорок минут. Преследовать «генерала Штойбена» пришлось на скоростях от 12 до 18 узлов. Из-за помех со стороны охранения залп был произведен с дистанции 12 кабельтов из кормовых торпедных аппаратов, и, тем не менее, обе торпеды попали в цель.
Ход этой атаки в документах отражен следующим образом: