5 октября в 5 часов утра после непродолжительной артиллерийской атаки части 8-й армии перешли в атаку. Постоянно атакуя артиллерией, минометами и пулеметами, 11-я дивизия, врезавшаяся в укрепления противника южнее Ораниенбаумского шоссе, в конце дня на близком подъезде к Нижнему парку заняла нижний корпус Гранильного завода. Петергоф. Дальнейшие попытки наступления были отражены мощным огнем противника с большими потерями. Части 42-й армии пошли в наступление одновременно с 8-й армией, но достигли еще меньших результатов.
В это же время на рассвете 5 октября катера Балтийского флота высадили Петергофский десант и Стрельнинский. Несмотря на беспримерный героизм его участников, из-за их малочисленности, недостаточного вооружения и несогласованности действий армейского и морского командования парашютисты не смогли поддержать наступающие наземные подразделения, их сразу же заблокировали после высадки. Десант Петергофа 7 октября погиб в полном составе. Парашютисты «Стрельны» с тяжелыми потерями пытались вернуться.
В последующие дни, 6-9 октября, ни одна из многочисленных атак 8-й и 42-й армий не увенчалась успехом, да и прогресса не было. Противник спешно укреплял оборону, создавая новые препятствия; с 8 октября в бой были введены новые части. Попытка танка прорвать полосу обороны противника в полосе 42-й армии закончилась полной гибелью отправленного в атаку танкового полка. 10 октября Федюнинский, только что назначенный исполняющим обязанности командующего Ленинградским фронтом, отдал приказ о прекращении операции.
Причины неудачи операции
Все причины неудачных действий советских войск и флота в операции характерны для общей картины действий армии в первый период войны:
1. Отсутствие проработанного плана работы, существующий план, по сути, сводился к постановке задачи по определенным пунктам. У наступающих дивизий не было опыта прорыва позиционной обороны; атаки были нанесены в лоб. Взаимодействие видов и родов войск не установлено.
2. Острая нехватка времени на подготовку к операции: подготовка проводилась всего четыре дня - с 1 по 4 октября.
3. Недостаток личного состава (общее количество выделенных для операции трех дивизий 8-й армии было меньше штатной численности одной дивизии), артиллерии (в обеих армиях было 111 полевых орудий) и боеприпасов.
4. Слабое взаимодействие армии и флота: мощная артиллерия крепости Кронштадт и находившиеся в ней корабли периодически открывали огонь по нераспознанным целям, атакуя не атакованные участки обороны противника, а тыл. После высадки десант действиями флота не поддержали.
5. Чрезвычайно слабая поддержка с воздуха.
6. Недооценка сил противника и, как следствие, очевидная несоразмерность сил десанта поставленным задачам.
Итоги операции
Стрельна-Петергофская наступательная операция советских войск и высадки Петергофского и Стрельнинского десантов закончились провалом. Потери советских войск в нем не устанавливались, но, исходя из драматического развития операции, они должны были значительно превышать потери противника. Тем не менее, по мнению советского командования, операция вынудила противника спешно усилить свои войска на этом участке, выведя часть войск из Ораниенбаума. Вполне возможно, что по этой причине немецкое командование отказалось от наступательной операции по ликвидации Ораниенбаумского плацдарма. Операция практически не изучена и редко упоминается в советской военной исторической литературе из-за ее неудачного исхода.