По плану немецкого командования тяжелые крейсеры должны были подойти к устью Финского залива и воспрепятствовать выходу из него тяжелых кораблей Балтийского флота. Легкие крейсеры имели задачей прикрытие конвоя от атак советских эсминцев, дислоцированных в портах Рижского залива. Воздушное прикрытие конвоя возлагалось на 1-й и 5-й воздушные флоты.
Согласно плану действий Балтфлота в поддержку операции «Нептун», предусматривавшего окружение 4-й танковой группы, командование КБФ разместило в Рижском заливе следующие силы флота: в порту Куресаре на острове Сааремаа – 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» и «Щ».
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 четырехтор-педный 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 Хийумаа. Полк потерял два самолета, но не смог поразить корабли. В 20:40 в 70 километрах от входа в Ирбенский пролив конвой одновременно атаковали два полка штурмовиков с аэродромов острова Сааремаа. Истребители сопровождения связали боем эскадрилью Ме-110, прикрывавшую конвой. Две эскадрильи штурмовиков атаковали с пикирования эрэсами и бомбами корабли охранения, отвлекая на себя огонь зенитных средств, а две эскадрильи ударили по транспортам. Атака штурмовых полков была более успешной: потоплены 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.