В обороне Таллина с суши участвовало около 16 тыс. моряков, действовавших в составе 1-й отдельной бригады морпехоты, отдельных строительных батальонов и других частей. С боевых кораблей на сухопутный фронт были направлены отряды моряков. Все ручное оружие для них и пулеметы были выделены из запасов кораблей и частей флота. Но, несмотря на отвагу и лихость, корабельные специалисты не могли заменить обстрелянных пехотинцев.

В связи со сложной минной обстановкой на фарватере Таллин — Кронштадт начальник штаба флота представил 12 августа Военному совету КБФ доклад о необходимости немедленного перебазирования Отряда легких сил (крейсер «Киров», два лидера и новые эскадренные миноносцы) из Таллина в Лужскую губу или Кронштадт.

13 августа Военный совет флота обратился в Ставку с предложением перебросить с Ханко 20 тысяч бойцов для обороны Таллина. Но 14 августа была получена директива наркома ВМФ, требующая оставаться в Таллине и обороняться имеющимися силами.

Более того, 14 августа приказом главнокомандования Северо-Западного направления ответственность за оборону Таллина была полностью возложена на Военный совет КБФ. Ему был подчинен 10 СК, командир корпуса генерал-майор И.Ф. Николаев был назначен заместителем командующего флотом по обороне ГБ с суши.

19 августа противник начал артиллерийскую обработку юго-восточного и восточного участков обороны, подтягивать пехоту и танки и 20-го перешел в наступление по всему фронту. Главный удар был нанесен с востока в прибрежной полосе. В течение трех дней советские войска при поддержке авиации корабельной и береговой артиллерии отражали ожесточенные атаки противника.

В период подготовки обороны Таллина на внутреннем рейде были оборудованы якорные огневые позиции, предусмотрены районы огневого маневрирования кораблей на внешнем рейде, определены секторы обстрела кораблей. Были развернуты наблюдательно-корректировочные посты для кораблей и береговых батарей. В войска направлены флотские офицеры-артиллеристы, которые корректировали огонь корабельной артиллерии и батарей береговой обороны.

10-й стрелковый корпус имел только 36 орудий среднего (85 — 152-мм) и 28 малого (37 — 76-мм) калибра. В связи с этим для огневого содействия сухопутным войскам было привлечено 96 орудий флота — 37 береговых и 59 корабельных.

В огневом содействии принимали участие крейсер «Киров», лидеры «Минск» и «Ленинград», эсминцы «Гордый», «Славный», «Свирепый», «Скорый», «Сметливый», «Калинин», «Володарский», канонерские лодки «Москва», «Амгунь». 7 батарей береговой обороны. Всего в отражении наступления участвовали: 4 — 305-мм, 9 — 180-мм, 8 — 152-мм, 33 — 130-мм и 20 — 100-мм орудий.

После прорыва танков и мотопехоты к главному оборонительному рубежу Таллина они оказались в пределах дальности стрельбы главных калибров морской артиллерии. 22 августа крейсер «Киров» и 305-мм башенная батарея острова Аэгна открыли огонь по противнику в районе мызы Кейла.

На следующий день в бой вступили другие корабли эскадры и береговые батареи флота. Морская артиллерия помогала сухопутным частям сдерживать натиск фашистских войск, темп их наступления снизился.

23 августа «Киров» совместно с лидером «Ленинград» вели огонь по скоплению немецких танков у переправы через р. Кейла. Было уничтожено и повреждено 12 танков и рассеяно большое скопление пехоты противника. Лидер «Минск» подавил двухорудийную гаубичную батарею.

Под натиском превосходящих сил противника основная часть советских войск 25 августа отошла на главную линию обороны Таллина, остальные — к Палдиски. К этому времени вся территория, которая удерживалась советскими войсками, а также рейды и гавани простреливались артиллерией противника.

С 25 августа в связи с усилением артиллерийских обстрелов и налетов авиации противника корабли периодически снимались с якорей и, следуя на малых ходах и переменными курсами под прикрытием дымовых завес, сбивали пристрелку немецких батарей, продолжая вести огонь. Основной целью немецких летчиков и артиллеристов был крейсер «Киров». В этот день кораблю пришлось отразить семь массированных налетов авиации, фашисты сбросили около 50 бомб, но ни одна в корабль не попала. Более удачными были немецкие артиллеристы — в кормовую оконечность попал 6-дюймовый снаряд. В результате взрыва в настиле палубы образовалась пробоина, возник пожар, 9 моряков были убиты, 30 ранены.

За 5 дней по «Кирову» было выпущено более 500 снарядов, самолеты люфтваффе сбросили на него 326 бомб. Благодаря умелому маневрированию и точному огню зенитчиков крейсер не получил прямых попаданий. От разрывов авиабомб и снарядов вблизи борта «Киров» в наружной обшивке борта и надстройках образовались 45 пробоин, но серьезных повреждений корабль не получил. Сам же «Киров» выполнил 36 стрельб, обрушив на противника 235 180-мм снарядов, в среднем по 8 снарядов за стрельбу. Комендоры вынуждены были экономить боезапас главного калибра, поскольку на складах главной базы 180-мм снарядов не было.

Из-за недостатка орудий у обороняющихся частей морская артиллерия часто решала огневые задачи полковой и батальонной артиллерии. Артиллерия кораблей и береговой обороны была мощнее полевой по калибрам, но она не была предназначена поддерживать пехоту в ближнем бою. Это нередко приводило к перенапряжению стволов морской артиллерии и большому расходу снарядов.

Особенно упорное сопротивление врагу оказывала зенитная артиллерия трех полков ПВО флота, развернутых в непосредственной близости от переднего края. Они использовались в местах прорыва как противотанковые орудия для отражения атак мотомехгрупп, уничтожения и рассеивания пехоты противника. Каждая батарея являлась своего рода опорным пунктом.

Но артиллерия, даже самая мощная, могла только задержать продвижение войск противника, остановить его могла, при поддержке артиллерии, только пехота, а ее становилось все меньше. Последним резервом был отряд курсантов Высшего военно-морского училища им М.В. Фрунзе. Четыре года они изучали флотские науки, а их бросили в бой как пехотинцев.

После того как части 42-го армейского корпуса противника 8 августа вышли на побережье Финского залива, снабжение сил флота и 10 СК, действующих в районе Таллина, стало возможным только морским путем. Располагая базами на побережье Финского залива, авиация и корабли противника значительно активизировали свои действия по нарушению наших морских сообщений в этом районе.

С 12 августа начинается эвакуация раненых и гражданского населения из Таллина на транспортах. В этот день первая партия раненых была отправлена на турбоэлектроходе «Вячеслав Молотов» и транспорте «Лурания». Их сопровождали эсминец «Стерегущий», три БТЩ и четыре катера МО. На переходе погиб БТЩ «Крамбол», затем подорвался и получил повреждение «Стерегущий». На подходе к острову Гогланд от взрыва мины получил повреждения «В. Молотов», и большая часть раненых была высажена на остров. Уже тогда стало ясно, что противник минировал фарватер. Однако командование флотом не предпринимало никаких действий, чтобы помешать немцам и финнам усиливать минные заграждения между Таллином и Кронштадтом. На это обратил внимание и Ю. Майстер: «Хотя русские точно знали, что немцы и финны каждую ночь усиленно работают над усилением заграждений, советский крейсер и дюжина эсминцев, стоявших в Таллине, не сделали ни одной серьезной попытки разогнать или потопить минные заградители» (Ю. Майстер. С. 18). Кроме эсминцев флот имел торпедные катера и сторожевые корабли, но и они не были использованы для борьбы с заградителями противника.