プロ転向後最初の年となった2009年は国内サーキット大会を中心に転戦し、シングルスで2優勝2準優勝、ダブルスで1準優勝の好成績を残す。10月にはジャパン女子オープンテニスシングルス予選に挑戦しツアー予選初出場。ここでは予選2回戦でアビゲイル・スピアーズに敗れた。第6シードで出場した11月の全日本テニス選手権女子シングルスでは準々決勝でこの大会を引退する森上亜希子と対戦し1-6, 2-6のストレートで敗れた。これらの活躍により、年初に613位だったシングルスランクを年末には199位にまで急上昇させ、プロ1年目で国内トップ10選手の一人となった。2010年からは本格的に日本国外の大会に打って出るようになり全豪オープンシングルス予選に出場し、グランドスラム大会予選初挑戦。その後はサーキット大会を転戦し、シングルスでは3月のメキシコサーキットで準優勝すると、ダブルスでは4月の韓国サーキット3連戦で3週連続準優勝の好成績を収め、5月の福岡国際では優勝を果たす。この好調の中臨んだ全仏オープンシングルス予選では1回戦でマンディ・ミネラを6-2, 6-4のストレートで、2回戦で予選第8シードのミシェル・ラルシェル・デ・ブリトを4-6, 6-4, 6-4の逆転で、予選決勝ではビタリア・ディアチェンコを7-6, 6-0のストレートでそれぞれ下し、自身初のグランドスラム本戦、並びにツアー大会本戦初出場を決めた。本戦では1回戦でポロナ・ヘルツォグに3-6, 0-6で完敗した。全日本テニス選手権女子シングルスでは初優勝を果たす。2011年ウィンブルドン選手権女子シングルスで2度目の4大大会の予選を突破。1回戦でベサニー・マテック＝サンズに6-4, 5-7, 7-5で勝利し4大大会初勝利を挙げた。2回戦も鄭潔を6-3, 6-1のストレートで下し、自身初の3回戦進出を果たした。3回戦ではザビーネ・リシキに4-6, 2-6で敗れた。同年7月20日、出身の大網白里町から特別顕彰が授与決定。9月の東レ パン・パシフィック・オープン・テニストーナメントでは主催者推薦で大会に初出場したが、1回戦で優勝したアグニエスカ・ラドワンスカに1-6, 1-6で敗れた。2012年6月のエイゴン・クラシックでは2回戦で第1シードのフランチェスカ・スキアボーネに7-5, 6-4で勝利しツアー初のベスト8に進出した。ウィンブルドンでは予選決勝でクリスティナ・ムラデノビッチに6-4, 4-6, 4-6の逆転で敗れたが、ミハエラ・クライチェクの欠場によりラッキールーザーで本戦に出場。1回戦でアランツァ・ルスに5-7, 3-6で敗れた。全米オープンと東レ パン・パシフィック・オープン・テニストーナメントでは予選で敗退したが、ジャパン女子オープンテニスでは準々決勝でシャネル・シェパーズを2-6, 6-1, 6-3で破りツアー初のベスト4に進出した。準決勝ではヘザー・ワトソンに6-7, 5-7で敗れた。2013年全豪オープンでは1回戦でペトラ・マルティッチを6-3, 6-4で破り初戦を突破した。2回戦でマリア・シャラポワに0-6, 0-6で完敗した。2014年7月のイスタンブール・カップではエリナ・スビトリナと組んだダブルスで決勝に進出した。決勝ではオクサナ・カラシニコワ/ポーラ・カニア組を6–4, 6–0で破り初のWTAツアー優勝を果たした。
最初の年の間、イルマリネンは幾度かフィンランドの諸所の港へ航海し、ヴァーサ近海で一度座礁を起こした。冬戦争が勃発した時、イルマリネンと姉妹艦であるヴァイナモイネンは、侵攻の可能性に対する防衛命令によりオーランド諸島へ派遣された。国際連盟の決定により、平時のオーランド諸島は非武装化されていた。衝突が起こった際、フィンランド海軍はそこへ物資を輸送した。オーランド諸島に対する脅威は、1939年12月に分厚い板氷がバルト海を覆った後に遠のいた。2隻の海防戦艦はトゥルク港へ航行し、そこでこれらの艦は、市街のために対空防御の支援につくこととなった。2隻はソ連爆撃機の搭乗員に艦を識別されないよう白く塗装されたが、幾度かの状況では航空機に照準され、1名の戦死者と数名の負傷者を出す結果となった。継続戦争中の1941年7月から11月にかけ、この2隻の艦はハンコ半島にあるソビエト側の基地を5回砲撃した。1941年7月12日、イルマリネンはタックトムのソ連軍飛行場に向けて砲弾20発を発射した。この飛行場は以前にもドイツのJu88から編成される飛行部隊、「Kustenfliegergruppe 806」によって爆撃を受けていた。1941年9月13日、2隻のフィンランド軍海防戦艦はノルトヴィント作戦に参加した。これはドイツ軍部隊がエストニアの島々、サーレマー島とヒーウマー島を奪取するための作戦だった。フィンランド及びドイツの艦艇からなる一団が、囮としてソビエト艦隊を戦闘に引き込む陽動作戦に投入された。この艦隊は南からやってくる本物の侵攻部隊から離れた位置にあった。またさらに別のドイツ軍艦隊には巡洋艦エムデン、ケルンおよびライプツィヒが含まれており、もしソビエト軍が反転した際には戦闘参加するため、さらに遠方で待機していた。しかしながら北方の艦隊は敵から無視されたままに置かれ、またもし艦隊がウトの南25海里の地点に到達した際には帰還するよう命令が与えられた。この艦隊は掃海艦に率いられていたが、幾つかの機雷が掃海から漏れていた。イルマリネンの乗員達は曳航しているパラベーンの索に適度な注意を払わなかった。艦はパラベーン内に一発か二発の機雷を取り込んだようである。それから艦が旋回した際に機雷は船体の底部に当たって炸裂した。爆発は艦に大きな破孔を開け、すぐに強い傾斜が生じて転覆した。この艦はたった7分で沈没した。乗員のうち132名のみが生存し、271名が戦死しており、こうした人々の多数は艦の内部に閉じ込められていた。57名は警備艇VMV 1によって救助されており、艇は転覆した船体へと向かい、イルマリネンの乗員をできる限り多く拾い上げた。艇は救助中、もしイルマリネンの弾薬庫が発火した場合には自らも吹き飛ばされるという非常な危険にさらされていた。生存者は後に「イルマリネンの水泳チーム」として知られた。彼らの中には後々著名な建築士となるViljo Revell大尉が居た。イルマリネンの喪失は現在でもフィンランド海軍にとり一度にこうむった最大の損害である。軍司令部は喪失の秘密を保持しようと努めたが、しかしスウェーデンの新聞はすぐにこの事故を報告し、またフィンランドの新聞に出た多数の水兵の死亡告示もまたソビエトへの警報となり、この国もすぐに喪失を報告した。この艦は1990年に位置がつきとめられた。艦は転倒した状態で発見され、泥に深く埋没し、70mの深度で停止している。この艦は戦没碑に類別されている。また1994年に沈没した貨客船エストニアの残骸が約15km離れた位置で発見された。