Согласно плану действий Балтфлота в поддержку операции «Нептун», предусматривавшего окружение 4-й танковой группы, командование КБФ разместило в Рижском заливе следующие силы флота: в порту Куресаре на острове Сааремаа – дивизион эскадренных миноносцев из 7 кораблей, в порту Виртсу – дивизион из 7 сторожевых кораблей, в порту Мынту на полуострове Сырве в узости Ирбенского пролива – бригаду торпедных катеров, в порту Куйвасту на острове Муху – два дивизиона малых подводных лодок из 11 единиц. На траверсе Лиепаи, поперек всего Балтийского моря был развернут постоянно действующий дозор из 9 подводных лодок типа «С» и «Щ».
На островах Моонзундского архипелага размещалась смешанная авиадивизия в составе двух штурмовых, двух истребительных и одного бомбардировочного полка флотской авиации. Командование КБФ и наркомат ВМФ сумели уберечь флотскую авиацию от использования против наземного противника во время сражения у Саласпилса, на чем настаивало руководство Прибалтийского фронта. Наркому ВМФ Н. Г. Кузнецову пришлось даже обращаться по этому поводу к Верховному Главнокомандующему. Благодаря этому, к середине июля авиация КБФ сохранила почти штатный состав.
Утром 16 июля подводная лодка С-3 обнаружила отряд тяжелых крейсеров в сопровождении миноносцев, о чем сообщила в штаб КБФ. Лодка дала четырехтор-педный залп с большого расстояния, но попаданий не достигла. Двумя часами позже подводная лодка С-1 засекла конвой и силы ближнего прикрытия. Командующий КБФ вице-адмирал В. Ф. Трибуц сделал вывод, что конвой будет у входа в Рижский залив около 24:00 и попытается пройти Ирбенский пролив ночью.
В полдень, после дополнительной авиаразведки, отряд тяжелых крейсеров был атакован бомбардировщиками морского полка, поднятыми с аэродрома Кярдла на острове Хийумаа. Полк потерял два самолета, но не смог поразить корабли. В 20:40 в 70 километрах от входа в Ирбенский пролив конвой одновременно атаковали два полка штурмовиков с аэродромов острова Сааремаа. Истребители сопровождения связали боем эскадрилью Ме-110, прикрывавшую конвой. Две эскадрильи штурмовиков атаковали с пикирования эрэсами и бомбами корабли охранения, отвлекая на себя огонь зенитных средств, а две эскадрильи ударили по транспортам. Атака штурмовых полков была более успешной: потоплены один миноносец и два десантных парома, потоплен один и серьезно повреждены два транспорта. Повторить атаку до темноты штурмовики не успели. Наши потери составили 6 самолетов.
Получив подтверждение от авиаразведки о подходе конвоя, командование флота вывело на позиции вблизи Пярну два дивизиона подлодок типа «М», эсминцы и сторожевые корабли заняли позиции у выхода из Ирбенского пролива в Рижский залив. Торпедные катера должны были атаковать конвой ночью в проливе в момент прохождения через минные поля. Все силы авиации флота были готовы атаковать противника с утра в Рижском заливе.
Корабли прикрытия конвоя вошли в Ирбенский пролив в 0 часов 10 минут 17 июля. Маршрут был проложен в 6–7 километрах от занятого немецкими войсками западного берега. В голове кильватерной колонны крейсеров и эсминцев строем пеленга следовали 4 тральщика, за ними, также строем пеленга – катера, которые должны были расстреливать подсеченные тралами мины. Через 15 минут по протраленному фарватеру в пролив длинной колонной втянулся и конвой. Транспорты и десантные паромы шли за тральщиками и катерами двумя параллельными колоннами. Миноносцы следовали в колоннах среди транспортов и паромов. Эсминцы замыкали колонны.
При прохождении четырнадцати линий мин, перекрывавших пролив, подорвались и затонули один тральщик, два катера, один транспорт и два десантных парома. Немецкие корабли, подсвеченные светом горевшего транспорта, который довольно долго держался на плаву после подрыва, были атакованы из темноты торпедными катерами. Малая осадка катеров позволяла им не опасаться мин, установленных для подрыва более крупных кораблей. Катерникам удалось торпедировать один транспорт и один тральщик. Ответным артиллерийским огнем были потоплены три катера.
На рассвете, когда конвой отошел от узости Ирбенского пролива на 15 миль, в бой вступили эсминцы и сторожевые корабли. Дивизион эсминцев атаковал корабли эскорта. Немецкий эскорт имел значительное преимущество в артиллерии над нашими эсминцами. Против 18 орудий калибра 150 мм и 20 орудий калибра 128 мм на немецких кораблях наши эсминцы имели 28 орудий калибра 130 мм. Немецкие легкие крейсера, в отличие от наших эсминцев, имели серьезное бронирование.