По време на Първата световна война българският флот трябва да отбранява две крайбрежия – черноморското и егейското в Беломорска Тракия. В Черно море българската отбрана е подпомогната активно от германските съюзници, които имат своя водосамолетна база на брега на Варненското езеро. Германците са с решаваща роля за отблъскването на нападенията на руските кораби срещу Варна. В началото на септември 1916 г. българската армия започва настъпление в Северна Добруджа, която след 1913 г. е част от Румъния.
След успешна авиационна подготовка на 5 септември 1916 г. в полунощ по заповед на Щаба на флота в Балчик е стоварен морски десант от миноносци, командвани от началник на отряда капитан-лейтенант Р. Серафимов. Градът е овладян без бой и от този момент нататък става мишена на руския флот. Още на 7 септември сутринта Балчик попада под обстрела на ескадрените миноносци „Быстрый“ и „Громкий“. Тяхна основна мишена е мелницата, построена през 1910 г. от българското „Анонимно индустриално дружество“. Това е най-голямата мелница в България и една от най-големите и най-модерните на Балканите. Капацитетът й е 12 вагона брашно на ден.
За сравнение – дневните потребности на цялата Трета българска армия, която настъпва в Добруджа, са 8–10 вагона брашно. Още на 7 септември руските снаряди подпалват и опожаряват мелницата, но два дни по-късно нападението се повтаря. Българското флотско командване отчита, че руското превъзходство по море може да има фатални последици за Балчик, и успява да издейства откриването на огнева позиция източно от града, където е разположена двуоръдейна морска батарея, командвана от капитан Георги Радков. 
Руснаците разчитат на изненадата и затова атакуват рано сутринта на 13 декември. Тя обаче не е пълна, защото противниковите съдове са забелязани от бреговия пост на нос Калиакра. За бомбардирането на Балчик руските кораби се доближават на 5,2 км от брега. Градът е добра мишена, защото е гъсто застроен и разположен амфитеатрално. Руските кораби откриват огън малко след 8 ч сутринта, а десетина минути по-късно българската батарея им отговаря. Малко преди това е обявена тревога на водосамолетната база и срещу руснаците излитат три водосамолета, управлявани от два немски и един български екипаж.
Силите са неравностойни. По огнева производителност на оръдията от главния калибър „Память Меркурия“ превъзхожда българската брегова артилерия 70 пъти (3036 кг снаряди срещу 44 кг). Освен това снарядите на българските оръдия не са в състояние да потопят крайцера, защото той има мощна бронева защита. Въпреки това българските артилеристи се представят блестящо и с точността на стрелбата си не позволяват разгръщане на руските кораби и заемане на удобна позиция за обстрел. На тях им се налага да маневрират непрекъснато, за да затруднят българската артилерия, но в това противоборство крайцерът и миноносците са по-големи цели, отколкото малка брегова батарея. 
Боят при Балчик продължава около час и половина. Това е най-дългият пряк военен сблъсък между български и неприятелски сили по черноморското крайбрежие. Българските военни и техните германски съюзници демонстрират добра координация и героизъм, които спасяват Балчик от по-сериозни разрушения. Въпреки това щетите са сериозни, защото над града се изсипват 80 т снаряди. Разрушени са много сгради, още повече са повредени. Българските военни не понасят щети в жива сила и техника, но сред жителите на града има четирима убити и петима ранени. Жертвите са сравнително малко, защото гражданите се крият в мазетата си. В официално комюнике Русия твърди, че целта е да се разрушат мелницата и пристанището на Балчик, които са важни стратегически обекти, но истината е, че те са поразени още при предишните нападения през септември. Според Дарин Канавров, който е най-добрият познавач на морския бой при Балчик, третото руско нападение срещу града има характер на наказателна и репресивна мярка с цел да се нанесат максимални щети на сградния фонд.
По материали от книгата на Дарин Канавров „Морският бой при Балчик. Декември 1916“.
„Приятелският огън“ на румънците
През 1916 г. Румъния влиза в Първата световна война на страната на Антантата, като предварително договаря, че руският черноморски флот трябва да осигури отбраната на румънското крайбрежие, използвайки базата Кюстенджа (дн. Констанца). През август 1916 г. там пристига отряд руски бойни кораби, който веднага се сблъсква с трудности, създадени от неговите румънски съюзници. Поради некадърно поставено от румънците минно заграждение техният лоцмански катер се взривява близо до пристанището на Кюстенджа. Причината е, че мините са разположени безразборно в акваторията на самото пристанище. Румънският офицер, ръководил поставянето им, загива при взривяването на една от тях и отнася на морското дъно всички секретни чертежи на минните заграждения. След гибелта му вече никой не знае къде точно има мини. На 9 септември 1916 г. при завръщането си от боен поход срещу българското крайбрежие руският ескадрен миноносец „Беспокойный“ се натъква на две румънски мини в района на входния буй на военноморската база Кюстенджа. Четирима души от екипажа са убити, а 27 – ранени. Корабът не потъва само защото е близо до брега, и успява да стигне до плитчините. Дни по-късно на мина се натъква и румънски транспортен кораб, който се взривява и потъва. Всъщност шансът на руските кораби в Кюстенджа е, че освен некадърно поставени румънските мини са и непълноценни, защото с цел икономии на материал те съдържат само половината от необходимия взривен заряд.
