4 сентября советская авиация имела на Моонзунде 20 истребителей И-153, Як-1 и МиГ-3, 2 штурмовика Ил-2 и 10 МБР-2. Из них исправны в тот момент были лишь 14 машин. Особенно плохо обстояло дело с И-153, поскольку из 13 машин лишь 3 были исправными.
Пролив Моонзунд, помимо советских мин, оказался заминирован еще и немецкими магнитными минами. Разминировать его до начала операции не позволяла советская береговая артиллерия. Поэтому участвующие в морском десанте быстроходные десантные баржи и паромы «Зибель» были оборудованы размагничивающими устройствами. Для обеспечения действий других судов с полудня 12 сентября началось траление Моонзунда самолетами «Mausi» (Ju-52MS). В ночь на 13 сентября начались минно-тральные работы в восточной прибрежной части пролива Мухувейн, и ранним утром этого же дня была произведена передача транспортных средств десанта войскам. Для траления минных заграждений, как советских, так и немецких, в Пярну была собрана 2-я флотилия малых тральщиков, а для траления магнитных мин – прорыватель заграждений № 169. Накануне штурма на Вормси были установлены два 150-мм орудия 3-й батареи 914-го дивизиона береговой артиллерии.
8 сентября немецкие войска начали операцию по захвату Моонзундского архипелага. С 7 сентября и до начала высадки немецкая авиация наносила постоянные штурмовые и бомбовые удары по советским войскам. В свою очередь советская береговая артиллерия периодически беспокоила немецкие войска обстрелом берега в районе Виртсу.
Силами 217-й дивизии 8—11 сентября был проведен штурм четвертого по величине острова Моонзундского архипелага – Вормси. Его захват давал контроль над проливом Хари-Курк и входом в морской канал. С Вормси можно было обстреливать порты Кярдла и Хелтермаа на острове Хийумаа.
С целью отвлечения внимания советского командования от основного места высадки финский флот 13 сентября провел операцию «Нордвин», план которой предполагал обстрел западного побережья острова Хийумаа (Даго) у маяка Ристна и высадку там тактического десанта в составе батальона пехоты. Однако операция полностью провалилась. 13 сентября 1941 г. в 10.45 броненосцы береговой обороны «Ильмаринен» и «Вяйненмяйнен», стоявшие в шхерах южнее Турку, снялись с якоря и во второй половине дня прибыли к месту сбора соединения юго-восточней острова Утё. К ним присоединились немецкие минный заградитель «Брумер» и буксиры «Тайфун» и «Мокаун», а также 2 финских ледокола, 1 транспорт, 4 сторожевых катера и 5 тральщиков. В 17.50, после того как с тральщиков доложили, что фарватер свободен от мин, эскадра двинулась по фарватеру к Утё, через час прошла мимо острова и взяла курс на юг, в сторону открытого моря. Хотя минные поля на большом удалении от берега считались маловероятными, броненосцы поставили параваны. Головным в строю кораблей двигался «Ильмаринен» под флагом командующего Прибрежным флотом ВМС Финляндии капитана 1-го ранга Э. Рахола, следом за флагманским кораблем на расстоянии в 900 м шёл «Вяйненмяйнен». По правому и левому борту броненосцев сопровождали по два сторожевых катера. В 20.30, когда эскадра удалилась от Утё на 24 мили, с «Ильмаринена» подали сигнал о готовности к новой смене курса. Броненосец начал поворот направо и в этот момент у его левого борта, в районе кормового трапа ниже бронепояса, произошёл мощный взрыв. Чтобы справиться с креном, командир корабля капитан 2-го ранга Р. Гёрансон дал команду: «Малый ход, право руля!» Руль был повернут на 15, потом на 20 градусов, однако это не спасло ситуации. Крен быстро нарастал. Через четыре минуты после взрыва «Ильмаринен» накренился на 45 градусов, а через шесть минут лег на левый борт, боевой марс на мачте коснулся воды. Затем броненосец стремительно перевернулся, части команды, собравшейся на правом борту, удалось перебраться на киль. Через восемь минут после взрыва «Ильмаринен» исчез под водой. Из находившихся на броненосце 303 человек было спасено из воды 132, в том числе командир корабля и командующий флотом. Погибли 13 офицеров, 11 мичманов, 65 старшин и 182 матроса. Операция «Нордвин» была прекращена. По всей вероятности, броненосец подорвался на советской мине, но кто именно ее выставил, до сих пор неизвестно. «Ильмаринен» стал крупнейшим боевым кораблем, потопленным советским флотом во Второй мировой войне.