Dopo la consegna alla Regia Marina fu dislocato a Taranto,
in seno al IV Gruppo Sommergibili.
Prese clandestinamente parte alla guerra di Spagna con
due missioni, al comando del capitano di corvetta Ernesto
Forza: nella prima, partito da Napoli il 23 gennaio 1937,
pattugliò le acque al largo di Valencia senza individuare
navi sospette e rientrò il 2 febbraio; la seconda, cominciata
il 13 febbraio, abortì dopo un giorno perché fu ordinata la sospensione dell’offensiva subacquea ed il rientro di tutte le unità.

Durante la grande rivista navale H del 5 maggio 1938, tenutasi nel Golfo di Napoli in onore di Adolf Hitler, il Micca (comandato sempre da Forza) fu alla testa dello schieramento di 85 sommergibili che si ‘esibirono’ in un’immersione seguita da una breve navigazione subacquea e da una successiva emersione e salva di 11 colpi con i cannoni.

Con l’ingresso dell’Italia nel secondo conflitto mondiale il Micca si trovava già in missione (al tempo era inquadrato nella XVI Squadriglia Sommergibili di La Spezia e comandato dal capitano di fregata Vittorio Meneghini) da una settimana; nella notte del 12 giugno 1940 effettuò la posa di 40 mine nei pressi del porto di Alessandria d’Egitto.

In seguito ne assunse il comando il capitano di fregata Alberto Ginocchio; nella notte del 12 agosto, esattamente come due mesi prima, posò altre 40 mine a nordovest di Alessandria, e due giorni dopo lanciò un siluro dai tubi di poppa, da breve distanza, contro due cacciatorpediniere inglesi in navigazione una novantina di miglia a nordovest di Alessandria: fu avvertita l’esplosione del siluro che potrebbe indicare un danneggiamento, ma non vi sono conferme.

Successivamente il sommergibile fu modificato per essere adibito a missioni di trasporto.L’ammiraglio Karl Donitz, comandante della flotta subacquea tedesca, propose il trasferimento del Micca a Bordeaux, sede della base italiana di Betasom, per impiegare il sommergibile nel minamento delle acque prospicienti l’importante porto di Freetown; la Kriegsmarine non disponeva infatti all’epoca di sommergibili posamine di grande autonomia, mentre il Micca avrebbe potuto raggiungere agevolmente la zona di Freetown.[4] La Regia Marina non volle però accordare il trasferimento del sommergibile, sia perché la base di Bordeaux era sprovvista di strutture adatte ad un sommergibile posamine, sia perché il Micca era ritenuto più utile per il trasporto di materiali in Mediterraneo.

A partire dal febbraio 1941 (con il capitano di corvetta Guido d’Alterio come nuovo comandante) il Micca svolse varie missioni di trasporto (15 in tutto, con il trasporto di 2163 tonnellate di rifornimenti con destinazione sia la Libia che l’Egeo. Il 13 marzo 1941 il sommergibile (partito da Lero due giorni prima) lanciò infruttuosamente un siluro contro un gruppo di cacciatorpediniere nemici.

A inizio aprile 1941, mentre era in navigazione da Taranto a Lero, avvistò a sud di Creta un convoglio che attaccò lanciando due siluri da 1500 metri: furono avvertiti due scoppi (ma non esistono riscontri), mentre il sommergibile si allontanava in immersione. Giunto a Lero, il 5 aprile, fu gravemente danneggiato dallo scoppio di un siluro scivolato fuori da uno dei tubi di poppa (altre fonti attribuiscono l’esplosione ad una mina); trainato in porto, dopo le prime riparazioni d’emergenza, si portò a Taranto dove furono effettuate le grandi riparazioni, protrattesi da giugno a novembre del 1941.

Fu poi ancora impiegato in missioni di trasporto; a metà dicembre 1941 il comandante D’Alterio fu rimpiazzato dal parigrado Alberto Galeazzi.

Nel 1942 effettuò, tra l’altro, una missione offensiva nei pressi di Malta, senza risultati. Nell’ottobre 1942 ebbe seri danni per una violenta tempesta, dovendo tornare in porto e lamentando la perdita del sottocapo Giuseppe Canta, trascinato in mare da

un’onda mentre era di vedetta.
Il 15 giugno 1943 ne assunse il comando il tenente di vascello Paolo Scrobogna.
Il 24 luglio 1943 salpò da Taranto diretto a Napoli, ma quattro giorni dopo, di sera, fu colto da un’avaria al largo di Capo Spartivento Calabro e dovette invertire la rotta.
Avrebbe dovuto incontrarsi al largo di Santa Maria di Leuca con un’unit{ scorta, la Bormio; ma fu individuato dal sommergibile britannico Trooper che, alle 6.05 de 29 luglio, gli lanciò una sventagliata di sei siluri uno dei quali centrò il Micca a mezza nave, provocandone il repentino affondamento a 3 miglia per 207° dal faro di Santa Maria di Leuca (altre fonti riportano invece che il Trooper lanciò una prima coppiola di siluri, evitati dal Micca, e poi una seconda che centrò il sommergibile italiano mentre stava invertendo la rotta).
Il comandante Scrobogna e 17 fra ufficiali, sottufficiali e marinai furono sbalzati in mare e tratti in salvo da barche di pescatori dalla Bormio sopraggiunta poco dopo; con il Micca scomparvero due ufficiali, 62 fra sottufficiali e marinai e anche un operaio.
Secondo varie fonti parte dell’equipaggio rimasto intrappolato nel relitto (adagiato a 72 metri di profondità)

non morì subito: si udirono rumori per due giorni dopo l’affondamento, e secondo alcuni pescatori il terzo giorno furono sentiti degli spari. Il sommergibile aveva svolto 24 missioni di guerra (4 offensivo-esplorative, 14 di trasporto, 2 di posa di mine, 4 di addestramento o trasferimento) navigando per 23.140 miglia.