Спустя всего два дня после приказа, 22 марта, на полуостров прибыл первый сводный отряд, состоявший из моряков и бойцов-пехотинцев.

Военно-морская база занимала выгодное положение, контролируя вход в Финский залив. Тяжелые артиллерийские батареи, установленные на полуострове Ханко, а также на острове Хиума (Даго) и небольшом островке Осмуссаар у противоположного берега залива, вместе с минными заграждениями и во взаимодействии с кораблями и авиацией могли преградить вход в Финский залив всем кораблям и транспортам противника. База должна была обеспечивать и базирование кораблей. Основную ударную силу базы составляли береговые батареи. К началу войны на Ханко были передислоцированы две крупнокалиберные железнодорожные батареи калибра 305 и 180 мм, построены и введены в строй два артиллерийских дивизиона береговой обороны. На острове Руссаре строилась 305-мм башенная четырехорудийная батарея, которая после ввода в строй должна была стать основой артиллерийской обороны базы в морском секторе. Но к июню 1941 г. были готовы только котлованы под башни.

На перешейке, соединявшем полуостров с материком, была создана надежная система сухопутной и противодесантной обороны, опирающаяся на доты, дзоты и надолбы, плотно расположенные по фронту и эшелонированные в глубину. До войны только дотов и дзотов было построено 190, прорыт противотанковый ров, установлены проволочные заграждения. Ханко была единственная советская военно-морская база, имевшая до начала войны полноценную сухопутную оборону.

У побережья Ханко имелись три рейда, доступные для самых больших кораблей и судов, они могли вместить целый флот. Гавани порта были оснащены кранами, а набережные облицованы гранитом. К причалам подходили железнодорожные ветки.

Финны также еще до войны построили в северной части полуострова несколько рубежей обороны глубиной до 12 км. На побережье и на островах в районе Ханко ими было установлено большое число артиллерийских батарей — около 150 орудий калибра от 76 до 254 мм, а также множество наблюдательных вышек.

Незадолго до войны командиром ВМБ был назначен генерал-майор (с сентября — генерал-лейтенант) береговой службы С.И. Кабанов. Военный комиссар базы — дивизионный комиссар А.А. Расскин, начальник штаба — капитан 1-го ранга П.Г. Максимов.

Несмотря на стратегически выгодное расположение базы, ни эсминцы, ни тральщики до войны так и не прибыли на постоянное базирование. На Ханко базировался 8-й дивизион 2-й бригады подводных лодок — 9 лодок типа М. К началу войны в базе находились только четыре лодки, одна находилась в дозоре, остальные ремонтировались в Таллине. В июне последние четыре лодки покинули Ханко, уйдя на позиции или в Палдиски. Торпедные катера 1-й бригады (14 сд.) с началом войны также перебазировались. На Ханко остались только береговые базы подплава и бригады торпедных катеров.

Охрана водного района (ОВР) базы имела в своем составе всего три катера «малых охотника» МО-311,312,313. Кроме того, в Ханко находился и морпогранотряд, имевший четыре таких же катера типа МО — ПК-236, 237, 238, 239. После начала войны катера погранотряда были переданы в ОВР, и сформирован 3-й дивизион сторожевых катеров (7 катеров типа МО). Таким образом, на военно-морской базе Ханко из кораблей остались всего 7 катеров «малых охотников», гидрографические суда (ГИСУ) «Волна» и «Веха» и 13 малых катеров охраны рейда.

На полуострове базировался 13-й истребительный полк, насчитывающий 60 самолетов. В июне 1941 г. на Ханко осталась только одна эскадрилья «чаек» (И-153), остальные три эскадрильи под Ленинградом получали новые машины. Кроме того, на Ханко размещалась 81 отдельная авиационная эскадрилья (ОАЭ) гидросамолетов МБР-2.

Боевые задачи базы во время войны: оборона северного фланга минно-артиллерийской позиции, оборона базы с моря, с суши и с воздуха. Располагаясь на основном шхерном фарватере, база не позволяла кораблям и судам противника переходить из Ботнического залива в Финский и обратно. Поэтому понятно стремление финнов как можно быстрее захватить Ханко.

В первый же день войны, 22 июня 1941 г. в 22.30 бомбардировочная авиация противника произвела налет на Ханко. В ответ на него на следующий день истребители 13-го полка нанесли штурмовой удар по аэродрому Турку.

Для усиления противодесантной обороны Ханко были проведены минные постановки. Всего катерами и вспомогательными судами базы было выставлено 367 мин. Корабельные дозоры вели наблюдение за противником. Одновременно катера «малые охотники», несшие дозор, осуществляли противолодочную оборону на подходных фарватерах к Ханко.

С конца июня финская артиллерия вела интенсивный артиллерийский и минометный огонь по переднему краю обороны, позициям береговой и железнодорожной артиллерии, по городу, порту, аэродрому, расходуя за сутки от 2 до 6 тыс. снарядов. Наиболее тяжелым был день 29 июля, когда все финские батареи обрушили свой огонь на полуостров. Береговая и полевая артиллерия базы вела ответный огонь по батареям противника, переднему краю его обороны, железнодорожным станциям, уничтожала наблюдательные вышки.

29 июня и 1 июля финские войска предприняли две попытки прорвать оборону базы на перешейке. Части 8-й стрелковой бригады при поддержке артиллерии отбили эти атаки. Убедившись в возможностях советской обороны, финны более не пытались атаковать базу с суши. Перед перешейком они сосредоточили так называемую «Ударную группу Ханко» силой до двух дивизий.

В морском секторе обороны в первые месяцы войны основным противником были финские броненосцы береговой обороны «Ильмаринен» и «Вяйнемяйнен». 4 июля, находясь в районе острова Эре, они обстреляли город и порт, выпустив 18 снарядов главного калибра (254 мм). В результате обстрела в базе были разрушения и пожары. 12 июля финские броненосцы повторили обстрел, ведя огонь по аэродрому и железнодорожной батарее, израсходовав 38 снарядов. Наиболее значительная операция с участием обоих броненосцев была проведена финнами 2 сентября, в этот день по разным целям они выпустили 68 254-мм снарядов.

Последний обстрел броненосец «Вяйнемяйнен» («Илмаринен» подорвался на мине и погиб 13 сентября) произвел 15 ноября, выпустив по железнодорожной батарее 32 снаряда. Во всех случаях береговые батареи Ханко броненосцев не видели и противодействия не оказывали. Самолеты, не раз вылетавшие на поиск броненосцев, не смогли их обнаружить в шхерах.

Уже в начале августа командование КБФ обратилось к наркому ВМФ с предложением об эвакуации базы с целью усиления обороны Таллина. В ответ Н.Г. Кузнецов 14 августа направил Военному совету КБФ директиву о ведении боевых действий на Ханко: «Переброска частей с Ханко признана неправильной, предложено обеспечить запасы продовольствия и боеприпасов и драться».

Вторично ВС КБФ 21 августа предложил снять войска с Ханко и Моонзундских островов и создать ударную группировку для прорыва по берегу Финского залива к Ленинграду. Но Ставка отклонила это предложение, приказав всем оставаться на месте.

В ночь на 28 августа с Ханко просматривалось зарево над Таллином, флот и войска покидали главную базу. После оставления Таллина и ухода флота в Кронштадт гарнизон Ханко остался без подвоза снабжения. В дальнейшем база жила и воевала за счет своих довоенных запасов.