Эстонский стрелковый корпус должен был наступать через дамбу на севере острова. При отступлении она была взорвана противником. Ремонтные работы шли под постоянным артобстрелом и налётами авиации врага. Вскоре дамба была готова для прохода войск и по ней двинулись пехотинцы, танки, САУ, лёгкая и тяжёлая артиллерия. К этому времени катера высадили на остров десант. С моря десант прикрывали интенсивным огнём мониторы КБФ.
В течение нескольких часов напряжённого боя был создан плацдарм на северном берегу Сааремаа. Немцы отошли на второй рубеж обороны в 6—10 км от побережья, но и он вскоре был прорван. Пехота эстонского корпуса на САУ прорвалась через оборону врага и перерезали дорогу на Курессааре. Многочисленные контратаки противника успеха не имели.
7 октября советские войска овладели городом и портом Курессааре, крупнейшим городом, уездным центром Сааремаа.
8 октября уже большая часть острова была очищена от войск противника, боевые действия теперь сосредотачивались на полуострове Сырве.
В ночь с 8 по 9 октября произошло одно из самых острых сражений на острове Сааремаа, явившееся завершением первого этапа Моонзундской десантной операции.
Полуостров был превращён в сплошную линию обороны с многочисленными траншеями, дзотами, минными полями, противотанковыми рвами и надолбами. Немцы называли его «Ирбенским щитом», потому что он прикрывал вход в Ирбенский пролив. В районе Каймри, самой узкой части полуострова, немцами были подготовлены четыре линии обороны со всевозможными полевыми укреплениями и препятствиями для танков и пехоты.
Советские войска оказались в трудном положении, так как были стеснены на узком участке и не имели достаточного пространства для манёвра. Противник вёл непроницаемый заградительный огонь. На один километр фронта у немцев действовало 8 артиллерийских и 5 миномётных батарей. Их обнаружение советской артиллерийской инструментальной разведкой было осложнено тем обстоятельством, что эти батареи располагались либо в лесу, либо около воды.
Попытки прорвать вражескую оборону, предпринятые 10—14 октября провалились. Трагически закончилась попытка высадки десанта у Винтри.
Только 18 ноября, после мощнейшей артиллерийской и авиационной подготовки, советским войскам удалось прорвать оборону и перейти в наступление. Постепенно, шаг за шагом, советские войска отвоёвывали полуостров.
23 ноября начался последний штурм. Главный удар наносился в районе Аде-Генга. После артподготовки советская пехота и танки перешли в атаку. Враг понёс большие потери. Ночью стало очевидно, что немцы могут продержаться на острове считанные часы. К утру на полуострове оставались только разрозненные группы войск противника.
На этом завершилось освобождение Эстонии от германской оккупации. В боях за весь архипелаг противник потерял порядка 7 тысяч человек убитыми и всего 700 пленными. Потери Красной армии и эстонского корпуса неизвестны.