Дальше все шло как по нотам… к сожалению, по румынским нотам. Корабли ударной группы вышли в заданный район с ошибкой, вызванной тем, что корабли следовали по счислению. По факту корабли оказались на 3 мили ближе, чем предполагалось их штурманами и командирами кораблей.
Выйдя в район минного заграждения, корабли ударной группы выставили параваны. Стремясь хоть немного снизить вероятность поражения береговой артиллерией, «Харьков» и «Москва» превысили допустимую скорость движения с параванами, в результате чего корабли потеряли по одному параван-тралу. Вероятнее всего, это произошло при встрече параван-трала с миной или минным защитником. Сначала, в 4.45, лидер «Москва», шедший концевым, потерял свой параван, затем, в 4.58, за две минуты до намеченного начала стрельбы, правый параван потерял «Харьков».
Командир «Харькова» дал приказ лидеру «Москва» выйти вперед и снизил ход до малого. Лидер «Москва» вышел в голову колонны, имея один левый параван. Остановиться для постановки второго паравана возможности уже не было.
К этому времени по факту корабли находились в 15 км от берега. Это означало, что корабли, пересекая минное заграждение, зашли на 10 миль (18 км) в зону обстрела вражеской батареи «Тирпиц».
Первым в 5.02 открыл огонь «Харьков», подавая пример «Москве». Темп стрельбы был высоким: пятиорудийный залп каждые 10 секунд, что свидетельствовало о высокой выучке экипажей. С третьим залпом открыл огонь лидер «Москва», шедший головным. Через 10 минут, в 5.12, «Москва» легла на курс отхода. В 5.14 то же сделал «Харьков», подняв флажный сигнал «Б» (Больше ход). При увеличении скорости хода лидером «Москва» до 30 узлов был потерян второй параван, и в 5.21 при изменении курса в районе 3-го орудия лидера раздался взрыв.
От взрыва лидер переломился на две части, и за счет того, что лидер совершал поворот, оторванная носовая часть завернулась назад, на левый борт, встав параллельно кормовой. Лидер затонул за 4 минуты. «Харьков», обойдя тонущую «Москву», остановился в 200 метрах от нее для спасения людей. Однако в 5.25 рядом с «Харьковом» упало два 280-мм снаряда с береговой батареи «Тирпиц», и командир ударной группы М.Ф. Романов, выслушав доводы командира «Харькова» капитана 2-го ранга П.А. Мельникова, изменил свое решение, и уже через минуту лидер дал ход.
Следуя 30-узловым ходом, «Харьков» находился бы под обстрелом батареи «Тирпиц» около 20 минут, но по факту выход его потребовал больше времени. От близкого попадания немецких 280-мм снарядов в котлах сел пар, и скорость упала до 6 узлов.