2 марта Петроград и Петроградская губерния были объявлены на осадном положении. 3 марта 1921 года в крепости был образован «штаб обороны», который возглавил бывший капитан Е.Н. Соловьянинов, в состав штаба вошли «военные специалисты»: командующий артиллерией крепости, бывший генерал А.Р. Козловский, контр-адмирал С.Н. Дмитриев, полковник Б.А. Арканников. Однако бывшие генералы и адмиралы были привлечены исключительно как военные специалисты, вся реальная власть в Кронштадте была в руках матросов.

4 марта Комитет обороны Петрограда предъявил Кронштадту ультиматум. Восставшие должны были либо принять его, либо отклонить и сражаться. В тот же день в крепости состоялось заседание делегатского собрания, на котором присутствовали 202 человека. Было решено защищаться. По предложению Петриченко состав ВРК был увеличен с 5 до 15 человек.

Гарнизон Кронштадта на тот момент насчитывал 26 тысяч человек, однако следует отметить, что в восстании участвовал не весь личный состав — в частности, 450 человек, отказавшиеся примкнуть к восстанию, были арестованы и заперты в трюме линкора «Петропавловск». С оружием в руках, на материк к большевикам ушла партийная школа и часть матросов-коммунистов, имелись и перебежчики.

5 марта 1921 года приказом Реввоенсовета была восстановлена 7-я армия под командованием М.Н. Тухачевского, которому предписывалось подготовить оперативный план штурма и «в кратчайший срок подавить восстание в Кронштадте». Штурм крепости был назначен на 8 марта. Именно в этот день после нескольких переносов должен был открыться Х съезд РКП (б) — это было не простое совпадение, а продуманный, предпринятый с определенным политическим расчётом шаг. Сжатые сроки подготовки операции диктовались и тем, что ожидаемое вскрытие Финского залива могло существенно осложнить взятие крепости.

7 марта 1921 года силы 7-й армии насчитывали 17 тысяч красноармейцев. Что касается П.Е. Дыбенко, то он был назначен командиром 187-й бригады, основу которой составил 561-й стрелковый полк. При этом 561-й стрелковый полк был укомплектован кубанскими казаками, многие из которых еще совсем недавно сражались в белой армии. Идти на лед и умирать из-за свары революционных матросов с большевиками им совершенно не хотелось — это была не их война. Более того в Кронштадте находился укомплектованный этими же кубанцами 560-й стрелковый полк, принявший активное участие в мятеже. Стрелять в своих братьев и друзей кубанцы 561-го также не желали.

В 18 часов 7 марта начался артобстрел Кронштадта. На рассвете 8 марта 1921 года в день открытия Х съезда РКП (б) солдаты Красной армии пошли на штурм. Однако и Тухачевский, и Дыбенко действовали столь бездарно и неуверенно, что штурм был без особого труда отбит, и войска с большими потерями отступили на исходные рубежи. Как отмечал К.Е. Ворошилов, после неудачного штурма «политико-моральное состояние отдельных частей вызывало тревогу». Два полка 27-й Омской стрелковой дивизии вообще отказались участвовать в сражении, и были разоружены.