Тем временем 300 делегатов X партсъезда влились в изготовившиеся к наступлению на Кронштадт части, дабы пресечь всякие колебания среди красноармейцев и повести их в бой. Тухачевский отдал боевой приказ: «В ночь с 16 на 17 марта стремительным штурмом овладеть крепостью Кронштадт… Артиллерийский огонь открыть в 14 часов 16 марта и продолжать его до вечера… Движение колонн Северной группы начать в 3 часа, Южной группы в 4 часа 17 марта… Группам ограничиться лишь занятием наиболее препятствующих движению фортов… Командующему Южной группой назначить общего начальника по руководству войсками в уличных боях в Кронштадте… Соблюсти полную точность движения колонн…» Командарм также распорядился об использовании для обстрела линкоров и крепости химических снарядов, нисколько не волнуясь, что от него неизбежно пострадают и мирные жители города-крепости. Однако из-за неподходящих метеоусловий — густого тумана, резко снижавшего эффективность отравляющих веществ, от газовой атаки на сей раз пришлось отказаться. Да и близость Финляндии не позволяла развернуться как следует: вдруг газы достигнут и финской территории, скандала не оберешься. К тому же в крепости находились представители Международного Красного Креста, снабжавшего осажденных продовольствием. Они тоже могли стать нежелательными свидетелями. В результате химическое оружие Тухачевскому удалось применить лишь несколькими месяцами позднее, при подавлении Тамбовского восстания. Но сама идея травить мятежников газами родилась, как видим, еще под Кронштадтом.
В первой половине дня 17 марта кронштадтцам, несмотря на ураганный артиллерийский огонь с материка, удавалось отражать атаки советских войск. Двенадцатидюймовые орудия линкоров при разрыве проделывали во льду широкие полыньи, которые тут же покрывались тонкой ледяной коркой. Многие штурмующие проваливались в них и камнем шли на дно. Большие потери красноармейцы несли также от осколков и ружейно-пулеметного огня. Тухачевский думал управлять действиями атакующих по телефону, но в первые же минуты боя телефонные провода оказались перебиты осколками. Так что командарму пришлось довольствоваться ролью зрителя. Правда, наблюдать за ходом сражения мешал тот же сильный туман. Только к вечеру передовые отряды атакующих ворвались в Кронштадт. В 21 час 50 минут Тухачевский отдал боевой приказ о полном овладении крепостью, островом Котлин и батареей Риф. Им предписывалось «сегодня же окончательно завладеть городом и ввести в нем железный порядок… При действиях в городе широко применять артиллерию в уличном бою». В дополнение командарм послал секретную телеграмму о том, что делать с поверженным противником: «Жестоко расправиться с мятежниками, расстреливая без всякого сожаления… пленными не увлекаться».
К утру 18 марта основная часть восставших переправилась на финский берег. Оборона Кронштадта была организованно прекращена. Некоторым отрядам прикрытия также удалось уйти в Финляндию, другие сдались на милость победителей. Но последние не склонны были к милосердию. Официальные данные говорят о более чем тысяче погибших кронштадтцев, более чем двух тысячах раненых и двух с половиной тысячах захваченных в плен вооруженных моряках. Потери советских войск называются гораздо точнее — 527 убитых и 3285 раненых. Выходит, что Красная армия при штурме Кронштадта потеряла ранеными в полтора раза больше, чем защитники крепости, а вот убитыми — вдвое меньше. Но так не бывает. При штурме такой укрепленной позиции, как Кронштадт, да еще в условиях, когда наступать приходилось в лоб, по льду, на котором негде было укрыться атакующим, наступающая сторона должна нести потери, многократно превышающие потери обороняющихся. Можно с уверенностью сказать, что красноармейцы действительно не церемонились и что большинство из тысячи с лишним погибших кронштадтцев были расстреляны уже после сдачи на месте без суда и следствия.