Po zakończonym remoncie „Nautilus” i „Saphir” w eskorcie awiza „Yser” wyruszyły z Brestu na Morze Śródziemne, docierając 28 kwietnia do Gibraltaru i 1 maja do Bizerty.

W czerwcu 1940 roku „Nautilus” nadal wchodził w skład 20. dywizjonu okrętów podwodnych w Bizercie, a jego dowódcą był kpt. mar. E. Briand. Po wypowiedzeniu wojny przez Włochy jednostka udała się pod włoskie wybrzeże w celu postawienia zagród minowych. 14 czerwca „Nautilus” postawił miny nieopodal Trypolisu. 22 czerwca, w dniu zawarcia zawieszenia broni między Francją a Niemcami, okręt przebywał w Safakisie. W wyniku jego postanowień „Nautilus” znalazł się pod kontrolą rządu Vichy i został rozbrojony w Bizercie. Na przełomie 1941 i 1942 roku okręt został wycofany z czynnej służby.

Po lądowaniu aliantów w Afryce Północnej, 8 grudnia 1942 roku „Nautilus” został przejęty przez Niemców w Bizercie i przekazany Włochom. Okręt nie został wyremontowany i nigdy nie wszedł do służby we włoskiej marynarce. 31 stycznia 1943 roku jednostka została zatopiona podczas nalotu bombowców B-17 USAAF