В 21:30 по команде руководившего налетом командира полка торпедоносцев подполковника Шумского 25 торпедоносцев и 32 пикировщика АР-2 и Пе-2 одновременно со всех направлений атаковали линкор. Их встретили огнем 64 орудия кораблей калибром от 20 до 381 мм. Основное внимание зенитчики уделили торпедоносцам. Им удалось сбить четыре торпедоносца и два пикировщика. Линкор получил четыре торпеды и не менее девяти попаданий бомб. Звено разведчиков МБР-2, сопровождавшее линкор в отдалении, сообщило, что после налета линкор двинулся к шведскому берегу ходом не более десяти узлов, имея на борту три крупных очага пожаров, с креном на правый борт.
В 22 часа отряд легких сил Балтфлота в составе двух легких крейсеров и трех дивизионов эскадренных миноносцев, всего 13 вымпелов, под командованием командира отряда легких сил контр-адмирала Дрозда атаковал патрулировавший выход из Ирбенского пролива отряд немецких кораблей: «карманный» линкор «Адмирал Шеер» и два эскадренных миноносца. Артиллерийский бой проходил на дистанции 80–120 кабельтовых и продолжался до полуночи. Торпедной атакой линкор был потоплен. Крейсер «Киров» и эскадренный миноносец «Сторожевой» получили значительные повреждения и вернулись в Рижский залив. Эсминец «Гордый» затонул.
Дивизион лидеров эсминцев капитана второго ранга Петунина, воспользовавшись тем, что немецкие корабли были связаны боем, оторвался от противника и двинулся на перехват конвоя. К моменту подхода наших эсминцев к заливу Тагалахт транспорты уже втянулись в залив. Эсминцы были обстреляны немецкими легкими крейсерами и после короткой перестрелки отошли.
В 04:40 подлодка Щ-27 старшего лейтенанта Травкина оказалась в выгодной позиции в 8 кабельтовых от маневрировавшего на подходах к бухте Тагалахт крейсера «Нюрнберг». Подводники своего шанса не упустили. Получив попадание в левый борт, крейсер малым ходом пошел на северо-запад.
В заливе Тагалахт транспорты и десантные баржи попали под обстрел полевой артиллерии двух наших дивизий. Немецкие крейсеры были заняты перестрелкой с нашими эсминцами и не имели возможности подавить полевую артиллерию. В итоге все пять транспортов загорелись и выбросились на мель. Всего противнику удалось высадить на берег чуть больше стрелкового полка. Остальные части 167-й пехотной дивизии нашли свою смерть на дне Балтийского моря.
В 00:40 немцы высадили парашютный десант в составе одного полка на аэродроме Лейзи, им удалось захватить ВПП и уничтожить большую часть самолетов-истребителей. Одновременно на аэродроме Когула был высажен с планеров еще один десантный полк. Генерал Берзарин отдал приказ направить в Лейзи три стрелковых батальона из 184-й сд, высадившихся на юго-восточном побережье Сааремаа. Два батальона, высадившиеся в порту Курессааре, были направлены в Когулу. Утром высадившиеся десантники были окружены подошедшими батальонами.
Переброска на Сааремаа подразделений 184-й сд продолжалась весь день 23 июля. К концу дня дивизия была переброшена полностью. Наши войска на острове получили значительный перевес в силах над десантами противника. К концу дня все захваченные противником плацдармы были надежно блокированы. Войска приступили к уничтожению десантов.
Утром 23 июля торпедоносцами и пикировщиками был нанесен массированный авиационный удар по тяжелому крейсеру «Лютцов». Получив три попадания торпедами и не менее 10 попаданий бомбами, крейсер затонул. Фон Фридебург вынужден был отвести все свои уцелевшие тяжелые корабли в германские воды. Балтийский флот не позволил кригсмарине захватить господство на море. Командование вермахта утратило возможность наращивать свою группировку на Сааремаа и снабжать окруженную 4-ю танковую группу. 24 и 25 июля десанты в Лейзи и в Асте при массированной поддержке фронтовой авиации были уничтожены. Десантники, высадившиеся в Когуле, сумели прорваться на север и соединились с десантом на полуострове Хундсорт. Из кольца сумели вырваться около полутора тысяч человек. Две с половиной тысячи десантников были взяты в плен. Девять тысяч были уничтожены.
Плацдармы на берегах залива Тагалахт были плотно блокированы нашими войсками. Понеся большие потери в корабельном составе и силах десантных частей, германское командование отказалось от продолжения десантной операции. Для снабжения блокированных плацдармов в дальнейшем использовались ночные рейды миноносцев, эсминцев и подводных лодок.