Sau khi hoàn tất chạy thử máy, Penylan chuyển đến Scapa Flow vào ngày 31 tháng 8 năm 1942, nơi nó gia nhập Hạm đội Nhà và tiếp tục được trang bị hoàn thiện. Nó đi đến Portsmouth và gia nhập Chi hạm đội Khu trục 1 trong tháng 9, tuy nhiên việc phục vụ bị trì hoãn do những khiếm khuyết khi chế tạo, và nó được sửa chữa tại một xưởng tàu tư nhân tại London từ ngày 22 tháng 10; công việc kéo dài cho đến tháng 11.[3]

Penylan gia nhập trở lại chi hạm đội vào ngày 9 tháng 11 và đảm trách tuần tra và hộ tống vận tải tại khu vực eo biển Manche. Vào ngày 1 tháng 12, nó tham gia hộ tống cho Đoàn tàu PW257; nhưng chỉ hai ngày sau đó, 3 tháng 12 năm 1942, khi đoàn tàu vận tải bị tàu phóng lôi E-boat Đức tấn công, nó bị đắm do trúng ngư lôi phóng từ tàu phóng lôi S115 tại vị trí cách 5 dặm (8,0 km) về phía Nam Start Point, Devon, ở tọa độ 50°08′B 03°39′T / 50,133°B 3,65°T / 50.133; -3.650Tọa độ: 50°08′B 03°39′T / 50,133°B 3,65°T / 50.133; -3.650. Năm sĩ quan cùng 112 thủy thủ thành viên con tàu đã được cứu sống. Penylan trở thành tàu khu trục lớp Hunt có thời gian hoạt động ngắn nhất, chỉ hoạt động thường trực vỏn vẹn có 30 ngày.[3]