Командующий флотом Балтийского моря вице-адмирал фон Фридебург решил вывести из боя получивший тяжелые повреждения броненосец «Шлезвиг-Гольштейн». Все 10 транспортных судов десантного конвоя были сожжены и сидели на мелях в заливе Тагалахт. На плаву в заливе у немцев осталось 6 десантных паромов и 7 катеров, осуществлявших связь между плацдармами на обоих берегах залива.
Нарком флота Н. Г. Кузнецов добился у Верховного Главнокомандующего разрешения использовать авиацию дальнего действия для борьбы с немецкими конвоями и кораблями. Командующий Балтфлотом Трибуц получил согласие командования Прибалтийским фронтом привлечь для борьбы с десантами фронтовую авиацию. Оба имевшихся на фронте полка пикирующих бомбардировщиков было решено использовать против тяжелых кораблей противника.
Командующий 27-й армией генерал Берзарин убедил комфронта Ф. И. Кузнецова перебросить на остров Саремаа еще одну дивизию, ранее входившую в 27-ю армию — 184-ю стрелковую. По предвоенному плану, дивизия осуществляла противодесантную оборону побережья на участке от Пярну до Таллина. После полного укомплектования личным составом дивизий тылового рубежа, актуальность этой задачи отпала. Организовать срочную переброску дивизии на остров Саремаа поручили командующему морскими силами БОБР адмиралу Кабанову. С привлечением по мобилизации рыбацких сейнеров, малых судов и крупных катеров, к утру следующего дня на остров удалось перебросить пять стрелковых батальонов.
В 15–00 в штаб флота поступило донесение с «Щ-14» о выходе из Ботнического залива нового конвоя из 18 транспортов в сопровождении тральщиков и катеров. Позднее выяснилось, что немцы перебрасывали 167-ю пехотную дивизию. Несколько позже с подлодки, стоящей в «завесе» у Готланда зафиксировано прохождение конвоя из 12 десантных паромов и трех тральщиков. Крейсера «Кельн» и «Нюрнберг» с двумя миноносцами форсированным ходом пошли от залива Тагалахт навстречу конвою транспортов. Экстраполяция курсов и скоростей конвоев позволили штабу флота сделать вывод, что и на этот раз целью десантной операции будет остров Саремаа.
С 19 часов по конвою транспортов начала наносить удары дальняя авиация. Всего к ударам было привлечено 9 полков дальней авиации, дислоцированных в полосе Прибалтийского и Западного фронтов. Это была первая за все время войны операция дальней авиации, проведенная в дневное время. Полки подходили к Таллину, где к ним присоединялись звенья флотских бомбардировщиков, выводившие полки на цель. Бомбометание проводили с высоты 6500 метров полковыми залпами из строя «колонна девяток». На такой высоте противодействие оказывали только зенитные пушки крейсеров — всего 12 стволов калибра 88 мм, что не обеспечивало достаточной плотности зенитного огня. При таком способе бомбометания бомбовый ковер накрывал полосу шириной 1200 метров и длиной 2800 метров. Загрузка бомбардировщиков стокилограммовыми фугасными бомбами обеспечивала среднюю плотность поражения в одну бомбу на гектар площади. Большая ширина зоны поражения делала бессмысленными маневры уклонения, которые пытались совершать транспорты и корабли. Попадания одной стокилограммовой бомбы, как правило, хватало для потопления или, по крайней мере, обездвиживания транспорта водоизмещением 2–3 тысячи тонн.
К 23 часам, когда отбомбился последний полк, в строю конвоя осталось 5 транспортов, два крейсера, два миноносца и два тральщика. Были потоплены 8 транспортов, еще пять транспортов и два тральщика потеряли ход, затем все они были потоплены следовавшими за конвоем подводными лодками из «завесы» у Готланда.
В 21–30 был нанесен массированный воздушный удар по линкору «Тирпиц». В атаке участвовали два полка пикирующих бомбардировщиков и полк торпедоносцев. От Таллина полки пикировщиков, не имевших опыта поиска морских целей, лидировали торпедоносцы. Сопровождающий бомбардировщики полк истребителей разогнал эскадрилью прикрытия эскадры.
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 4 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.