«Кайманы» встретили первую мировую войну в составе 2-го дивизиона Бригады подводных лодок Балтийского флота. С вступлением в строй первых лодок типа «Барс» бригада была преобразована в Дивизион подводных лодок, а 2-й дивизион лодок стал 3-м, в него также была включена подводная лодка конструкции И.Г. Бубнова «Акула». Дивизия подводных лодок в оперативном отношении подчинялась начальнику минной обороны Балтийского моря. Все четыре лодки типа «Кайман» участвовали в боевых действиях на Балтийском море в кампаниях 1915 и частично 1916 гг., но использовались неактивно и особых успехов не достигли.
Так в кампании 1915 г. «Дракон» совершил 18 боевых походов, шесть раз выходил в атаку на германские крейсера «Тетис», «Бремен», «Кольберг» и миноносец. О боевых действиях этой лодки сообщал «Еженедельник подводного плавания», издававшийся штабом начальника дивизии подводных лодок Балтийского флота (Вып. 3, октябрь 1916 г.): «Подводная лодка «Дракон» под командованием лейтенанта Н.Н. Ильинского 30 апреля 1915 г. встретила неприятельский крейсер в сопровождении миноносца и подводной лодки. Подводная лодка «Дракон» подверглась жестокому артиллерийскому обстрелу противника. Самоотверженно и искусно маневрируя, командир «Дракона» избежал опасности и в то же время выпустил торпеду по крейсеру. В лодке был слышен звук, похожий на взрыв. Всплыв снова на перископную глубину и увидев другой крейсер, Ильинский также атаковал его, что заставило крейсер уйти. Эти действия «Дракона» способствовали достижению цели, поставленной командованием Балтийского флота».
7 декабря 1915 г. лейтенант Н.Н. Ильинский был назначен командиром подводной лодки «Барс» и погиб на ней вместе со всем личным составом в мае 1917 г.
Подводная лодка «Аллигатор» совершила в кампанию 1915 г. двенадцать боевых выходов и четыре раза атаковала крейсера «Тетис» и «Пиллау», а также миноносцы.
О ней тот же «Ежегодник» сообщал: ««Аллигатор» под командованием капитана 2 ранга Р.К. Вальронда 14 июня 1915 г., будучи на позиции и увидев крейсер и два больших миноносца, атаковала крейсер, но в то же время сама была атакована миноносцами. Самоотверженными и искусными маневрами командир спас свою лодку от опасности и второй раз атаковал неприятеля. Маневрируя дальше, командир обнаружил минное заграждение неприятеля на пути предполагавшейся операции нашего флота. Об обнаруженном заграждении он своевременно донес командованию Балтийского флота».
«Кайман» в кампанию 1915 г. совершил двенадцать боевых походов и один раз выходил в атаку на «U-9». «Крокодил» совершил только четыре боевых похода и ни разу не выходил в атаку.
Операционная зона, в которой действовали «Кайманы», ограничивалась в основном Финским и Ботническим заливами Балтийского моря. В октябре 1915 г. у берегов Швеции в Ботническим заливе они вели борьбу с морскими перевозками, действуя на коммуникациях противника.
20 октября из Мариенхамна (Аландские о-ва) «Кайман» и «Дракон» вышли в море, имея предписание командующего флотом Балтийского моря захватывать и направлять в порт Раумо (Финляндия) все германские, а при обнаружении контрабанды и нейтральные суда, руководствуясь призовым правом. Если задержанные суда отвести в Раумо окажется невозможным, разрешалось германские суда топить, а нейтральные после досмотра отпускать. Находясь в крейсерстве в Ботническом заливе, командиры лодок выяснили, что торговые суда ходят в Германию в границах территориальных вод Швеции, следуя вдоль побережья под охраной миноносцев. Об этом было доложено командованию флотом. На запрос русского правительства по этому вопросу Швеция ответила, что она и впредь намерена конвоировать транспорты в своих водах.
Боязнь русского правительства испортить отношения с нейтральной Швецией значительно осложнила борьбу на коммуникациях противника, и суда, груженные железной рудой, продолжали следовать в Германию. Чтобы атаковать германские транспорты, командирам надводных кораблей и подводных лодок приходилось внимательно следить, когда они выйдут за пределы нейтральных вод.