Артиллерия противника хорошо пристрелялась по «Марату», «Петропавловску» и «Максиму Горькому». 14 и 15 сентября в линкор «Марат», стоявший в ковше Морского канала, попали девять 150-мм снарядов, но существенных повреждений кораблю они не нанесли. 16 сентября снаряд угодил в носовую автоматную площадку «Марата» и вывел из строя сразу три 37-мм зенитных автомата. Это имело для корабля тяжелые последствия, так как в тот же день он подвергся атаке 24 бомбардировщиков, которые атаковали двумя группами, заходя с носовых и кормовых курсовых углов. И если группу самолетов, заходивших с кормы, удалось рассеять зенитным огнем, то другая сумела сбросить свой смертоносный груз на корабль. В результате две 250-кг бомбы угодили в правый шкафут, одна такая же бомба разорвалась на юте, и последняя, срезав ствол 120-мм орудия № 13, взорвалась у борта. Ни одна бомба в жизненно важные помещения не проникла. Однако в результате мощного сотрясения корабля от взрыва и осколками были выведены из строя кормовые 76,2-мм орудия, получили различные повреждения четвертая башня главного калибра, некоторые 120-мм орудия, а также ряд вспомогательных механизмов. Погибло 25 человек. Сразу после окончания налета авиации «Марат», снявшись с бочек и якоря, своим ходом ушел на Малый Кронштадтский рейд, ведя при этом интенсивный огонь по видимым береговым целям противника на южном берегу Финского залива.
16 сентября в «Максим Горький» попал один 127-мм снаряд. 17 сентября противник усилил обстрел крейсеров. В «Максим Горький» попали четыре снаряда. Два пробили верхнюю палубу и надводный борт, третий — трубу, а четвертый — надстройку, 7 моряков были убиты, 28 ранены, возникшие пожары быстро ликвидировали. Чтобы корректировать огонь своей артиллерии по кораблям, немцы в этот день в районе Красного Села подняли аэростат с наблюдателями. Артиллеристы крейсера сделали по нему несколько выстрелов, после чего аэростат взмыл вверх и исчез (вероятно, был перебит привязной трос). «Максим Горький» в 15.00 снялся и переменил позицию.
Линкор «Октябрьская Революция» ведет огонь по противнику.
В неподвижный «Петропавловск» попало несколько 210-мм снарядов. Системы пожаротушения и водоотливная не были до конца смонтированы, поэтому корабль заполнился водой, получил крен 8–10° на левый борт и сел на грунт. Его башни не могли вести огонь, команда с него снята. В 1942 году «Петропавловск» был поднят и до января 1944 года использовался как плавбатарея.
«Марат» 18 сентября с помощью буксиров вошел в гавань и встал у стенки Усть-Рогатки для исправления боевых повреждений и текущего ремонта. Восстановительные и ремонтные работы пришлось вести в условиях ежедневных массированных налетов авиации противника. Вместо «Марата» из гавани на Петергофский рейд вышел линкор «Октябрьская Революция».
Уже в ходе отражения сентябрьского штурма позиции в Ленинградском порту заняли лидер «Ленинград» и эсминцы «Сметливый», «Стойкий» и «Свирепый».
Всего с 11 по 17 сентября — в наиболее критические дни напряженных боев, когда враг рвался к Ленинграду через Пулковские высоты, — морская артиллерия выпустила по вражеским войскам 3603 снаряда калибром от 130 до 305 мм, в том числе линкоры «Марат» и «Октябрьская Революция» — 812 снарядов, крейсер «Петропавловск» — 290, «Максим Горький» — 656, эсминцы и батареи — 1845. О нормах расхода боеприпасов в эти дни не думали.
За время отражения сентябрьского штурма артиллерия КБФ 1994 раза открывала огонь по противнику и израсходовала более 25 000 снарядов крупного калибра, чем способствовала стабилизации линии фронта под Ленинградом.
21 сентября в крейсер «Максим Горький» попали три тяжелых снаряда, в результате был разбит ходовой мостик, 9 моряков были убиты и 7 ранены. Дальнейшая стоянка на открытой позиции грозила кораблю гибелью. Командир крейсера капитан 1 ранга А.Н. Петров с разрешения штаба эскадры сменил огневую позицию. Так как крейсер не мог развернуться в акватории порта, то он задним ходом, без помощи буксиров, против течения, прошел Морским каналом и укрылся в Гутуевском ковше, затратив на переход и швартовку всего 20 минут. Это был маневр, на который едва ли кто-нибудь отважился бы в мирное время.
Командир крейсера «Максим Горький» А.Н. Петров.
На следующий день буксиры вывели его в Неву, поставив к стенке завода № 189 для ремонта. Устранение повреждений продолжалось до 8 октября, но уже 3 октября буксиры перевели «Максим Горький» от завода к Железной стенке торгового порта вблизи устья Фонтанки.
22 сентября лидер «Ленинград» (на позиции в Лесной гавани Торгового порта) получил повреждения корпуса, механизмов и некоторых приборов от взрыва одного из снарядов противника вблизи борта корабля. Лидер перевели к Канонерскому острову, но и на этой позиции он подвергался обстрелам.
Огнем артиллерии флота, совместно с действиями сухопутных войск, наступление противника на Ленинград 18 сентября было остановлено на рубеже Петергоф — Стрельна — Володарская — Лигово — Паново — Виттолово — Детское село — р. Тосно — Ивановские пороги.
Германская авиация в период наступления войск группы «Север» на Ленинград в основном наносила бомбовые удары по переднему краю обороны и лишь периодически по объектам в самом городе, а также по кораблям, поддерживающим войска из района Ленинградского порта. Начиная с 8 сентября, она начала наносить удары собственно по Ленинграду. При этом до 19 сентября в Кронштадте обстановка была относительно спокойной.