Атака «Тирпица»
18 июня 1942 года К-21 вышла в четвёртый поход с целью действия на морских коммуникациях противника в районе Вардё. 28 июня подводная лодка заняла позицию севернее острова Рольвсё с целью прикрытия конвоя PQ-17. 5 июля в 16.22 лодка установила акустический, а 17.00 — и визуальный контакт с немецкой эскадрой, состоявшей из линкора «Тирпиц», тяжёлых крейсеров «Адмирал Шеер» и «Адмирал Хиппер», 7 эсминцев и 2 миноносцев. Лунин принял решение атаковать противника, и начал маневрирование, завершившееся торпедным залпом из четырёх кормовых аппаратов в 18.01, после чего подводная лодка начала отрыв от эскадры на глубине 30 м. Атака осложнялась хорошей видимостью и малым волнением моря (что заставляло командира, во избежание обнаружения лодки, очень ограниченно пользоваться перископом), а также высокой скоростью и маневрированием немецкой эскадры (в частности, неожиданный маневр немецких кораблей сорвал атаку из 6-ти носовых аппаратов, поэтому противник был атакован кормой — 4-торпедным залпом из кормовых ТА). Непосредственно результатов атаки Лунин не наблюдал, на лодке лишь было зафиксировано два взрыва в 18.04, а также ряд глухих раскатистых взрывов в 18.31-18.38. В отчёте по итогам похода, Лунин посчитал достоверным попадание двух торпед в «Тирпиц», также допуская, что торпеды могли попасть и в эсминцы эскорта, после чего на нем взорвались глубинные бомбы (когда потопленный корабль (-и) достиг глубины, на которую были установлены взрыватели глубинных бомб). Впоследствии, уже после войны, Лунин изменил мнение и посчитал, что в «Тирпиц» попала только одна торпеда, вторая же, как он и считал ранее, попала в эсминец эскорта [однако и то и другое сомнительно: Лунин стрелял по линкору, следовательно, глубина хода торпед была поставлена именно на линкор, а «Тирпиц» имел осадку минимум вдвое большую, чем любой немецкий эсминец. Торпеды Лунина просто прошли бы под эсминцами. Кроме того, немцы не обнаружили К-21, — значит, в атаку на нее эсминцы не выходили. На глубинных же бомбах глубина подрыва устанавливается непосредственно перед сбросом, то есть именно в момент самой атаки, поэтому на эсминце, даже идущем ко дну, взрываться по этой причине было бы нечему. Значит, обе торпеды К-21 поразили именно «Тирпица». Но двух торпед для такого великана было явно недостаточно]. По возвращении в базу, подводной лодке так и было засчитано: потопление эсминца и повреждение «Тирпица». Немецкие и другие зарубежные источники не подтверждают результативность атаки — запись о попаданиях отсутствует в сохранившихся вахтенных журналах «Тирпица» и других кораблей эскадры (в них вообще не отражён сам факт атаки, немцы её не обнаружили, почему и не стали преследовать подлодку), после атаки эскадра несколько часов продолжала идти высоким ходом, после возвращения на базу ремонт корабля не производился, отсутствуют какие-либо упоминания об атаке в воспоминаниях экипажа корабля. Также в настоящее время известна судьба всех эсминцев немецкого флота, 5 июля 1942 года потерь кораблей этого класса в немецком флоте не зафиксировано. Согласно некоторым исследованиям, К-21 не имела возможности попасть в «Тирпиц», поскольку Лунин допустил ошибки в определении параметров движения эскадры. Взрывы, услышанные на подлодке, объясняются взрывом торпед при ударе о грунт либо взрывами глубинных бомб, сброшенных одним из кораблей эскорта.