20 августа на позицию в Морском порту встал эсминец «Опытный» (капитан 2 ранга Д.П. Шаников), 22-го позицию в ковше Морского канала занял линкор «Марат» (капитан 2 ранга П.К. Иванов). 24 августа в Ленинград из Кронштадта перебазировался крейсер «Максим Горький» (капитан 1 ранга А.П. Петров). Пройдя по морскому каналу без буксиров, он ошвартовался у Хлебного мола Ленинградского торгового порта. Зенитная артиллерия кораблей была включена в систему противовоздушной обороны Ленинграда.
На позиции в районе Усть-Ижоры на Неве 20 августа были приведены эсминцы «Стройный» (капитан-лейтенант А.Н. Гордеев) и «Строгий» (капитан 2 ранга Ф.Ф.Тыршклевич).
В систему обороны города были включены батареи Кронштадта, железнодорожные батареи, а также артиллерийские системы Научно-испытательного морского артиллерийского полигона (НИМАПа). Перед войной на полигоне проходили испытания новые орудия, созданные для вооружения строящихся кораблей 406, 356, 305, 180, 152 и 130-мм калибров.
Роль Кронштадта в битве за Ленинград возрастала по мере приближения сухопутного фронта к Ленинграду. В конце августа флот вынужден был оставить главную базу — Таллин. Около 140 кораблей и судов прорвались в Кронштадт. Далее отступать было некуда. Битва за Ленинград была одновременно и битвой за само существование Краснознаменного Балтийского флота. В связи с гибелью большого числа эскадренных миноносцев в тот же день приказом наркома ВМФ ОЛС КБФ был расформирован, а его корабли переданы в состав эскадры, командующим которой был назначен вице-адмирал В.П. Дрозд. Он держал свой флаг на крейсере «Киров», который до конца войны был флагманским кораблем эскадры КБФ.
29 августа штаб флота перебазировался из Таллина в Кронштадт. 30 августа Кронштадтская военно-морская база становится Главной базой флота.
Все прибывшие из Таллина корабли, кроме лидера «Минск», который встал в док, были включены в систему артиллерийской обороны Ленинграда. К началу боевых действий на ближних подступах к Ленинграду (30 августа 1941 года) для поддержки войск фронта была подготовлена корабельная артиллерия линкоров «Октябрьская Революция» и «Марат», крейсеров «Киров», «Максим Горький», «Петропавловск», лидера «Ленинград», эсминцев «Сильный», «Славный», «Гордый», «Стройный», «Свирепый», «Строгий», «Сметливый», «Грозящий», «Опытный», канонерских лодок «Красное знамя», «Москва», «Волга», «Зея», «Кама», «Сестрорецк», «Селенга», «Амгунь», сторожевого корабля «Вирсайтис», стационарные береговые батареи Ижорского и Кронштадтского секторов береговой обороны, артиллерия НИМАПа, морские батареи, установленные на Пулковских высотах, железнодорожные батареи — всего 293 орудия калибром 100–406 мм, из них 86 орудий тяжелого калибра 180–406 мм. В период с августа по декабрь 1941 года дополнительно было введено в строй 27 железнодорожных и 28 стационарных батарей (129 орудий калибра 100–180 мм), а также 25 батарей 37-76-мм (80 орудий).
28 августа первые выстрелы главным калибром произвел линкор «Октябрьская Революция» (контр-адмирал М.З. Москаленко), шрапнелью был сбит аэростат-корректировщик над районом Кипень — Красное Село.
Сверхмощное 406-миллиметровое орудие морского артиллерийского полигона 29 августа произвело первые выстрелы по танкам и пехоте в районе совхоза «Красный бор». 30 августа корабли отряда р. Невы — эсминцы «Строгий» и «Стройный», а также орудия полигона обстреляли войска противника в районе Поповка — Ям — Ижора — Черная речка (6 и 15 км южнее Колпина) — совхоз Красный Бор, оказывая поддержку войскам, действовавшим на левом берегу Невы у Ивановских порогов.
Так было положено начало участию морской артиллерии в обороне Ленинграда. В этот день корабли и батареи полигона 28 раз открывали огонь по просьбе армейского командования.
С 31 августа, после занятия противником Ивановских порогов, огневая поддержка сухопутных войск кораблями, стоящими в районе Усть-Ижоры, осуществлялась систематически. Приказом Военного совета КБФ 1 сентября был сформирован отряд кораблей р. Нева в составе эсминцев «Строгий», «Стройный», канонерских лодок «Зея», «Сестрорецк» (позднее присоединились «Ока» и «Красное знамя»), сторожевых кораблей «Вирсайтис», «Разведчик», «Ост», четырех тральщиков, отряда катеров, плавбазы и плавучей зенитной батареи.
До 31 августа, пока противник не вышел к Неве, из Ленинграда на Северный флот по Беломорско-Балтийскому каналу перевели 8 подводных лодок, в том числе и К-21, которая в июле 1942 г. атаковала немецкий линкор «Тирпиц».
В первых числах сентября противник на Карельском перешейке с боями подошел к Териокам (ныне Зеленогорск). Командование 23-й армии потребовало от флота оказать артиллерийскую поддержку нашим частям. Форты Кронштадта, особенно литерные «О» и «П», линкор «Октябрьская Революция», крейсера «Киров» и «Максим Горький», канонерские лодки «Москва» и «Амгунь» вели интенсивный огонь по узлам дорог, переправам, скоплениям живой силы противника в районе Териок и Куоккала. Мощный артиллерийский удар заставил противника остановить наступление.
7 сентября финны захватили Н. Белоостров, но огнем северных фортов и армейской артиллерии продвижение противника было приостановлено. С 12 по 20 сентября 23-я армия провела операцию по освобождению Н. Белоострова при поддержке морской артиллерии. По просьбе командования армии северные форты 12 и 13 сентября произвели мощные обстрелы, выпустив около 380 снарядов 203–254 мм. При огневом налете 20 сентября за 30 минут было выпущено 311 снарядов от 100 до 254 мм. Оказывая поддержку армии, только батареи фортов израсходовали 1860 снарядов крупного и среднего калибров. В результате противник вынужден был отказаться от наступления. Не выдержав огня тяжелой артиллерии, финны покинули Н. Белоостров, и 23-я армия заняла его, положение стабилизировалось.