Прикрытие «Тирпица» и «Шарнхорста» гросс-адмирал поручил командиру крейсера «Кельн», капитану цур-зее Фридриху Хюфмейеру, который лучше всех проявил себя в недавнем сражении с большевистскими кораблями. В распоряжении Хюфмейера находились, помимо «Кельна», все оставшиеся с эскадрой эсминцы. Отряд легких сил выдвинулся вперед, чтобы не допустить внезапной атаки на немецкие линейные корабли советских эсминцев, а также торпедных катеров и подводных лодок. К тому же, корабельная зенитная артиллерия крейсера и эсминцев из отряда Хюфмейера должна была помочь при отражении атак русской авиации. В то же время, Редер предупредил, чтобы командир легких сил не выдвигал свои корабли слишком далеко вперед, потому что имелась вероятность попасть на минные заграждения, выставленные русскими на подходах к своей базе.
Тяжелые немецкие корабли начали стрелять на ходу в двадцать узлов с расстояния в тридцать один километр, находясь южнее Ханко и держа курс на восток. В это время самолеты люфтваффе разделились. «Мессершмидты» вступили в воздушный бой с краснозвездными «ишачками», а двухмоторные «Хенкели» и пикирующие «Юнкерсы» атаковали аэродромы бомбами. Редер не имел достоверных сведений о расположении зенитных батарей на Ханко, а если бы и имел, то неточный огонь главного корабельного калибра с большого расстояния обладал таким разбросом, что точно поразить их не представлялось возможным, а потому немецкие бомбардировщики над сушей сразу попали под плотный огонь советского ПВО. Несколько сбитых машин упали на военный городок, вызвав дополнительные пожары.
Дюжина советских бомбардировщиков все-таки успела взлететь, устремившись к немецким кораблям, но их встретил зенитный огонь крейсера и эсминцев. К тому же, подоспели и немецкие истребители. И только четыре русских бомбардировщика смогли прорваться к линейным кораблям. Но, зенитчики «Тирпица» и «Шарнхорста» не позволили им сбросить бомбы точно. Произведя бомбометание в воду, два советских бомбардировщика загорелись и вскоре рухнули в море, а еще два смогли уйти в сторону суши. Разрывы обдали водой и осколками немецкие корабли, но не смогли нанести им сколько-нибудь серьезных повреждений.
Асы люфтваффе тоже оказались не слишком результативными. В облаках частых разрывов зенитных снарядов немецкие бомбардировщики сбрасывали свои бомбы на удачу, куда попадет, лишь бы поскорее избавиться от взрывоопасного груза и повернуть назад. Беспорядочные взрывы зажигательных бомб привели вскоре к абсолютно хаотическому горению на берегу. В результате чего корректировщики на гидросамолетах не могли уже распознавать цели. Очаги возгораний, вопреки ожиданиям, находились совсем не в зоне аэродромов, а значительно правее и левее, в стороне от взлетных полос. Отчего стрельба линейных кораблей совсем не отличалась эффективностью.