В это время войска Ленинградского фронта во взаимодействии с Балтийским флотом проводили Моонзундскую десантную операцию.

В результате Таллинской операции войска Ленинградского фронта 25 сентября вышли на побережье Рижского залива, что создало благоприятные условия для освобождения Моонзундского архипелага. Германское командование, оценивая острова Моонзундского архипелага как последние опорные пункты, обеспечивавшие возможность морских сообщений, необходимых для снабжения своих войск в Риге, решило удерживать их до последнего. В середине сентября для обороны этих островов немцы перебросили из Риги 23-ю пехотную дивизию генерала Ширмера, которая вначале была подчинена командующему 16-й армией, а затем командиру 43-го армейского корпуса. С учетом четырех охранных батальонов и нескольких артиллерийских дивизионов «гарнизон» противника насчитывал 11 500 человек. Здесь же базировались легкие силы Кригсмарине — 2 миноносца, 22 десантные и десантно-артиллерийские баржи, 14 тральщиков и 2 торпедных катера.

Советское командование стремилось как можно быстрее овладеть островами Моонзунда с целью расширить операционную зону Балтийского флота и перенести боевые действия на морские коммуникации противника. Операцию проводили с ходу, стремясь ворваться на архипелаг до того, как немцы успеют создать прочную противодесантную оборону. Поэтому многие решения носили импровизационный характер.

Первым и основным препятствием являлась скудость средств, которые флот мог привлечь для решения этой задачи. Использование крупных надводных кораблей для артиллерийской поддержки десанта и противодействия германскому флоту исключалось совершенно. Из-за сложной минной обстановки советским кораблям вообще было запрещено выходить в Финский залив, так же как и подводным лодкам. К тому же на побережье Эстонии немцы не оставили после себя ни одного пригодного пункта базирования. К примеру, в Таллине они взорвали все причалы, электростанции, портовые здания и мастерские и густо нашпиговали гавани якорными и донными минами. Для высадки десанта флот мог использовать только катера, и то лишь благодаря выходу из войны Финляндии: 19 сентября финское морское командование предоставило схемы минных заграждений и навигационные карты своих шхерных фарватеров вдоль северного побережья залива. С известным риском катера могли действовать вдоль южного берега, взаимодействуя с частями 8-й армии генерала Старикова.

Силы Балтийского флота, выделенные для операции, состояли из 55 торпедных, 13 сторожевых, 13 тральных катеров, 8 бронекатеров и 40 тендеров. Для их сосредоточения планировалось использовать ряд пунктов на побережье Эстонии, что было возможным лишь в результате предварительного овладения островом Вормси, преграждавшим вход в пролив Вооси-Курк между островом и материком. К 26 сентября войсками 8-й армии были заняты гавани Рохукюла, Хапсалу и Виртсу. Утром 27 сентября дивизион торпедных катеров под командованием капитана 3-го ранга Е.В. Осецкого высадил на Вормси батальон морских пехотинцев из 260-й отдельной морской бригады, которые во второй половине дня очистили остров от противника. 28–29 сентября через пролив, который немцы не успели заминировать, в пункты приема войск прорвались силы обеспечения десанта.

К операции по овладению Моонзундским архипелагом привлекались 109-й и 8-й Эстонский стрелковые корпуса 8-й армии, а также 260-я отдельная бригада морской пехоты. Авиационную поддержку должны были осуществлять 295 самолетов 13-й воздушной армии и авиации флота.

Ключом для захвата архипелага являлся остров Муху, отделенный от материка проливом шириной около 3,5 мили и соединенный с островом Сарема полуторакилометровой дамбой. Поэтому в первую очередь предполагалось овладеть островом Муху, затем — Хиума и, после перебазирования на них основных сил обоих корпусов, ударом с двух направлений захватить остров Сарема, который обороняли наиболее крупные силы противника. Управиться рассчитывали за неделю.

По непонятным причинам на период проведения операции не было организовано единое командование, что затрудняло решение вопросов управления и материально-технического обеспечения. На генерала Старикова, подчинявшегося маршалу Говорову, возлагалась ответственность за руководство боевыми действиями своей армии на суше. Начальник штаба эскадры Балтийского флота контр-адмирал И.Г. Святов, получавший указания от адмирала Трибуца, являлся командующим на море и отвечал за десантирование войск и техники, их снабжение через пролив и обеспечение от противодействия германского флота. Взаимоотношения сухопутного и морского начальников строились «на принципе тесного взаимодействия между армией и флотом».

Поскольку тендеры к началу операции прибыть не успели, для первой высадки пришлось использовать катера и автомобили-амфибии, а для перевозки танков применить саперные понтоны.

Накануне на Муху были высажены две разведывательные группы, которые донесли, что немецких войск на острове мало и оборона не организована. Состояние моря и пасмурная погода благоприятствовали высадке десанта. С учетом обстановки было принято решение о немедленном начале операции.

Вечером 29 сентября торпедные катера приняли в Виртсу передовой батальон 249-й стрелковой дивизии с несколькими минометами и 45-мм орудиями и на полном ходу направились к населенному пункту Куйвасту на острове Муху. Артиллерия корпуса открыла через пролив ураганный огонь по намеченному плацдарму. Пролив катерники форсировали за 20 минут. За катерами из Виртсу последовали 96 амфибий с еще одним стрелковым батальоном. Высадка передового отряда, насчитывавшего 1150 бойцов, началась в 20.30. Основные силы первого эшелона были высажены по обе стороны причала Куйвасту и несколько севернее. Этот участок оборонялся пехотной ротой противника. Ее сопротивление было довольно быстро подавлено, к полуночи советские части овладели пристанью и начали продвижение к деревне Муху. Торпедные катера приступили к переброске войск, часть катеров буксировала армейские понтоны с танками и средствами усиления. К полудню 30 сентября на захваченный плацдарм были доставлены 5600 солдат и офицеров 249-й стрелковой дивизии, 24 орудия, 23 миномета и четыре танка.

Немцы, которых было на острове не более 500 человек, некоторое время упорно сопротивлялись, а вечером 30 сентября отступили на остров Сарема по Ориссарской дамбе, взорвав ее в нескольких местах. Благодаря минимальной оперативной паузе между выходом советских войск на побережье и моментом высадки, первая победа была достигнута относительно легко. На Муху началась переброска остальных сил Эстонского корпуса и двух дальнобойных морских батарей.