Согласно плану действий Балтфлота в поддержку операции «Нептун» командование КБФ разместило в Рижском заливе следующие силы флота: в порту Куресаре на острове Саремаа — дивизион эскадренных миноносцев из 7 кораблей, в порту Виртсу — дивизион из 7 сторожевых кораблей, в порту Мынту на полуострове Сырве в узости Ирбенского пролива — бригаду торпедных катеров, в порту Куйвасту на острове Муху — два дивизиона малых подводных лодок из 11 единиц. На траверсе Лиепаи, поперек всего Балтийского моря был развернут постоянно действующий дозор из 9 подводных лодок типа «С».
На островах Моонзундского архипелага размещалась смешанная авиадивизия в составе двух штурмовых, двух истребительных и одного бомбардировочного полка флотской авиации. Командование КБФ и наркомат ВМФ сумели уберечь флотскую авиацию от использования против наземного противника во время сражения у Саласпилса, на чем настаивало руководство Прибалтийского фронта. Наркому ВМФ Н. Г. Кузнецову пришлось, даже, обращаться по этому поводу к Верховному Главнокомандующему. Благодаря этому, к середине июля авиация КБФ сохранила почти штатный состав.
Утром 16 июля подводная лодка С-3 обнаружила отряд тяжелых крейсеров в сопровождении миноносцев, о чем сообщила в штаб КБФ. Лодка дала четырехторпедный залп с большого расстояния, но попаданий не достигла. Двумя часами позже подводная лодка С-1 засекла конвой и силы ближнего прикрытия. Командующий КБФ вице-адмирал В. Ф. Трибуц сделал вывод, что конвой будет у входа в Рижский залив около 24–00 и попытается пройти Ирбенский пролив ночью.
В полдень, после дополнительной авиаразведки, отряд тяжелых крейсеров был атакован бомбардировщиками морского полка, поднятыми с аэродрома Кярдла на острове Хиума. Полк потерял два самолета, но не смог поразить корабли. В 20–40 в 70 км от входа в Ирбенский пролив конвой одновременно атаковали два полка штурмовиков с аэродромов острова Сарема. Истребители сопровождения связали боем эскадрилью Ме-110, прикрывавшую конвой. Две эскадрильи штурмовиков атаковали с пикирования РС-ами и бомбами корабли охранения, отвлекая на себя огонь зенитных средств, а две эскадрильи ударили по транспортам. Атака штурмовых полков была более успешной: потоплен один миноносец и два десантных парома, потоплен один и серьезно повреждены два транспорта. Повторить атаку до темноты штурмовики не успели. Наши потери составили 6 самолетов.
Получив подтверждение от авиаразведки о подходе конвоя, командование флота вывело на позиции вблизи Пярну два дивизиона подлодок типа «М», эсминцы и сторожевые корабли заняли позиции у выхода из Ирбенского пролива в Рижский залив. Торпедные катера должны были атаковать конвой ночью в проливе в момент прохождения через минные поля. Все силы авиации флота были готовы атаковать противника с утра в Рижском заливе.