Командованием КБФ район Моонзундских островов предполагалось использовать как базу для легких сил флота. С этой целью в Рохукюля было начато строительство маневренной базы. Береговая оборона островов строилась с расчетом на взаимодействие с береговой обороной военно-морских баз Ханко и Либавы и прикрытие минных рубежей в устье Финского залива и Ирбенском проливе.
Строительство батарей на Моонзундских островах началось с весны 1940 г. и шло усиленными темпами. Вся береговая оборона Моонзундских островов входила в одно соединение — береговую оборону Балтийского района БОБР (с весны 1941 г. им командовал генерал-майор береговой службы А. Б. Елисеев). За полтора года КБФ сумел создать значительную по силе береговую оборону. К началу Великой Отечественной войны было построено 15 батарей, в том числе три башенные 180-мм, одна 152-мм, восемь 130-мм и три 100-мм. Береговые батареи были хорошо подготовлены для боя с морским противником, но слабо была отработана стрельба в сухопутном секторе.
Предполагалось построить на островах аэродромы для базирования авиации флота. К началу войны строительство аэродромов находилось в полном разгаре.
Сухопутная оборона архипелага, простиравшегося с севера на юг на 150 км и с запада на восток на 110 км, была слабой. Оборона островов возлагалась на 3-ю отдельную стрелковую бригаду, четыре инженерных батальона и различные отдельные части. Строительство инженерных сооружений началось только в мае 1941 г. Гарнизон островов к сентябрю насчитывал около 24 тыс. человек. У защитников островов не было танков, не хватало истребителей и зенитной артиллерии. На Сарема находились пять зенитных батарей, на Хиума — две.
В начале августа 1941 г. на остров Сарема был перебазирован 1-й минно-торпедный полк ВВС КБФ, который нанес ряд ударов по Берлину. В Рижском заливе действовали на коммуникациях противника советские эсминцы, сторожевики, тральщики и торпедные катера.
В связи с предстоящей эвакуацией Таллина 27 августа все остававшиеся в Рохукюля корабли перешли в главную базу. В Моонзунде осталось звено торпедных катеров — 6 единиц, несколько тральщиков и малых судов.
Немецкое командование планировало захватить Моонзундские острова в начале войны путем высадки десанта с материка. Однако упорные бои на таллинском направлении и наличие советских кораблей и катеров в этом районе помешали противнику осуществить операцию в намеченные сроки. Лишь к сентябрю немцы сосредоточили на побережье выделенные для действий против Моонзундских островов 61-ю и 217-ю пехотные дивизии, два саперных, один понтонный полки, финский батальон, общей численностью около 50 тыс. человек. Для перевозки десанта было выделено около 350 различных десантно-высадочных средств, в том числе десантных паромов типа «Зибель». Высадку поддерживала авиация.
8 сентября немецкие войска начали операцию по захвату Моонзундского архипелага. Советские войска оказывали ожесточенное сопротивление. Береговые батареи своим огнем поддерживали оборонявшиеся войска. Но силы были слишком неравными. Ни Балтийский флот, ни 8-я армия не могли оказать помощь гарнизону островов. Под непрерывным натиском значительно превосходящих сил противника были оставлены небольшие острова Муху и Вормси. Защитники Вормси перебрались на Сарема, гарнизон Муху — на Хиума.
13 сентября группа немецких кораблей в составе 2-й флотилии миноносцев, 2-й и 3-й флотилий торпедных катеров, трех транспортов, трех СКА и трех КТЩ предприняла демонстративную высадку на западное побережье Сарема в бухте Лыу — операция «Вествинд». Немецкие корабли были обнаружены и обстреляны 180-мм башенной батареей № 315, а затем под прикрытием истребителей их атаковали два торпедных катера. В результате обстрела был поврежден транспорт, остальные корабли, прикрываясь дымовой завесой, ушли на запад.
В тот же день вечером финны совместно с немцами предприняли операцию «Нордвинд», целью которой была демонстрация высадки десанта на Хиума. Для этого сформировали соединение, состоявшее из трех отрядов кораблей. В 1-й вошли оба финских броненосца и четыре сторожевых катера. 2-й отряд полностью состоял из немецких кораблей — минного заградителя, двух буксиров и 5 СКА. В 3-й отряд вошли два финских ледокола и транспорт. Всего в соединении насчитывалось 17 единиц.
Все корабли собрались у острова Уте и в 17.50 направились по фарватеру курсом 189°. В 18.15 был пройден маяк Уте. Головным шел броненосец «Ильмаринен», на борту которого находился командующий ВМФ Финляндии капитан 1-го ранга Э. Рахола и офицеры штаба. За ним шел «Вяйнемайнен», далее следовали ледоколы, буксиры и катера. Скорость соединения 11 узлов.
В 19.51 флагман повернул на курс 232°. Успев пройти новым курсом 7,5 миль, в 20.30 в 25 милях на юго-запад от Уте, флагман подал сигнал об очередном повороте.
«Ильмаринен» начал поворот, и через минуту под ним, с левого борта, прогремел мощный взрыв. Броненосец подбросило, после чего он осел с сильным креном на левый борт. Крен стремительно нарастал и спустя 6 минут достиг 90°, и его боевой марс коснулся воды. В 20.38 «Ильмаринен» перевернулся настолько стремительно, что часть команды, находившаяся на правом борту, едва успела перебраться на киль. Броненосец затонул на глубине 90 м. Из 403 находившихся на борту погиб 271 человек.
После гибели «Ильмаринена» соединение повернуло на обратный курс — операция была сорвана.
17 сентября противнику удалось ворваться на Сарема — крупнейший остров архипелага. Сил обороняющихся советских войск было недостаточно чтобы закрепиться на широком фронте и остановить наступление врага. Перед командованием БОБРа встал вопрос, куда отступать — на юг или к северному берегу, чтобы отойти на Хиума. Если бы даже часть гарнизона Сарема перешла на Хиума, который был втрое меньше, на нем совместно и с помощью гарнизона Ханко можно было упорно оборонять и сам остров, и устье Финского залива. Вероятно, так же рассуждал и противник, стремясь отсечь защитников Сарема от Хиума. Немецкая авиация уничтожала наши плавсредства. Были потоплены шесть катеров, тральщик, буксир и транспорт. У защитников Сарема не оставалось достаточного количества плавсредств для переправы на Хиума. Исходя из этого, генерал А. Б. Елисеев решил отходить на юг — к полуострову Сырве, где был создан оборонительный рубеж.
К 23 сентября советские войска отошли на полуостров. Во время боев за полуостров Сырве немецкое командование привлекло свои надводные корабли, включая крейсера «Лейпциг», «Кёльн» и «Эмден». По позициям защитников Сырве наносила мощные удары немецкая авиация. У защитников Сарема оставалось всего лишь пять истребителей.
23 сентября с Ханко на Сарема (полуостров Сырве) перелетели три самолета — истребителя И-16. Старшим группы был Г. Д. Цоколаев. В воздушных боях 25, 26 и 27 сентября ханковские летчики сбили 10 фашистских самолетов. К 1 октября в строю остались только два «ишачка». В тот же день с Ханко на Сарема прибыли еще шесть истребителей. Но на следующий день противник прорвал последний рубеж обороны острова и начал быстро продвигаться. 3 октября с аэродрома Сырве поднялись 8 ханковских самолетов — истребителей, из них только один долетел до Ханко. Трое летчиков сели на аэродром Кейна на Хиума. Судьба остальных четырех была неизвестна, полагали, что они сбиты в воздушном бою.