Dowodził 3 okrętami podwodnymi, należącymi najpierw do 1., później do 7 Flotylli. Od 31 lipca do 15 sierpnia 1937 roku służył jako pierwszy oficer na U-35, później był jego dowódcą. Od 1 października tego roku był dowódcą U-23, na którym odbył w latach 1939 – 1 kwietnia 1940 roku 8 patroli. W sumie przebywał na morzu 94 dni. Następnie dowodził okrętem U-99; do 17 marca 1941 roku odbył na nim także 8 patroli przebywając 119 dni na morzu. Dowodzone przez niego okręty zatopiły 47 alianckich statków handlowych o łącznym tonażu 274 333 BRT, zaś 18 lutego 1940 roku brytyjski niszczyciel HMS "Daring" eskortujący konwój HN-12. 17 marca 1941 roku w czasie bitwy o konwój HX-112 U-99 został zatopiony, a Otto Kretschmer został wzięty do niewoli. W tej samej walce zginął jego przyjaciel Joachim Schepke, dowódca U-100.