В Арктику направлялось много экспедиций и на подводных лодках. Первой и, может быть, самой известной, но неудачной, была экспедиция Губерта Уилкинса на подводной лодке, также названной «Наутилус». Уилкинс, основываясь на опыте исследователей, предполагал, что в Арктике имеются большие разводья и полыньи, позволяющие пересечь океан на специально оборудованной дизельной подводной лодке, которая могла бы погружаться, идти под водой и периодически всплывать на поверхность открытых разводий для подзарядки батарей. Полагая, что нижняя сторона льдин относительно гладкая, он предложил, сохраняя положительную плавучесть лодки, заставить ее скользить по нижней стороне льдин. Полозья, установленные на верхней части корпуса лодки наподобие перевернутых лыж, должны были, по его мнению, предотвращать повреждение самой лодки, а гребные винты — обеспечить поступательное движение.

Уилкинсу была предоставлена подводная лодка, предназначенная на слом. Этот исследователь оборудовал ее всем необходимым для подледного плавания, в том числе устройством для сверления льда, на случай если лодка оказалась бы под ним без энергии для продолжения движения. Эта экспедиция привлекла к себе большое внимание.

В августе 1931 года «Наутилус» Уилкинса достиг кромки пакового льда в районе между Шпицбергеном и Грен ландией. Несмотря на потерю кормовых горизонтальных рулей, Уилкинс попытался погрузиться под кромку льда. Но вскоре вследствие обледенения корпуса внутри лодки и ряда других причин Уилкинс вынужден был признаться в постигшей его неудаче и направиться к югу.

Во время второй мировой войны несколько дизельных немецких подводных лодок использовали кромку пакового льда в качестве временного укрытия. После атаки на конвои они мгновенно скрывались под лед и оказывались, таким образом, недосягаемыми для противолодочных кораблей союзных держав.