19時30分，彼德森船長估摸著小型掃雷艇艦隊已經駛過，就讓古斯特洛夫號關閉了所有船舷燈。然後，繼續向著目的港行駛。他絲毫也沒有意識到自己的過失，將引來萬人的殺身之禍。
而護航的洛號魚雷艇，也由於古斯特洛夫號的遮蔽，沒有發現S-13號的蛛絲馬跡。
21時左右，馬裏涅斯科發現“大塊頭”邁著“八字步”，繼續前進；而空中和海麵，都沒發現什麽異常現象。這說明，敵人並未發覺自己。因此，他命令S-13號加大油門，超過“大塊頭”。
半個小時以後，馬利涅斯科指揮潛艇掉轉方向，將艇艉的四隻發射管對準“大塊頭”的來路，4枚魚雷如上弦利箭，憋足了勁，準備與敵人“同歸於盡”。4枚魚雷的彈體上，被艇員們分別寫上了響亮的口號：“為了祖國母親！”“為了斯大林！”“為了蘇聯人民！”和“為了列寧格勒！”
22時，“大塊頭”緩緩進入射擊圈。當它巨大的船體與魚雷發射管即將構成90度夾角時，馬利涅斯科果斷下達了“齊射”口令。話音剛落，“為了祖國母親！”“為了蘇聯人民！”和“為了列寧格勒！”就呼嘯而出，呈扇麵形狀，向“大塊頭”猛撲過去，隻有“為了斯大林！”被死死地卡在發射管內，成了一枚“啞雷”。
一分鍾後，接連發生三聲沉悶的巨響，S-13號潛艇渾身顛簸著，脫離了戰場。
第一枚擊中了船舵吃水線的正下方；
第二枚鑽入船內的遊泳池爆炸，睡在那裏的許多海軍女醫護人員當即香銷玉碎；
第三枚則將位於船中部的輪機艙，使古斯特洛夫號受到了致命一擊。
爆炸響後，古斯特洛夫號先是一陣死一般的沉沒；接著，就像炸窩的馬蜂，乘客們高聲尖叫著，四處奔逃。船員們迅速放下了惟一的一艘救生艇，並發出求救信號。持槍官兵則把婦女和兒童送上救生艇，一些企圖強行登上救生艇的男人被無情地推下大海，有的老人和孩子則被人們踩在腳下，痛苦地呻吟，無人顧得上理睬。