על אף שתחילת המלחמה הפתיעה את צה"ל, זרוע הים הייתה מבין הזרועות הבודדות שהתכוננו היטב לקראתה. מספן מודיעין העריך כי פריצת המלחמה היא עניין של זמן והמפקדים ניסו לשכנע את
אגף המודיעין ואת בכיריו בכך, אך זאת ללא הצלחה. מפקד זרוע הים דאז, אלוף בנימין (ביני) תלם ז"ל נפגש עם הרמטכ"ל והתריע בפניו כי המלחמה בפתח, אך רא"ל דוד (דדו) אלעזר ז"ל אמר לו כי אחריותו מוטלת על הזירה הימית ושהוא רשאי לעשות בזירה זו כראות עיניו.

יומיים לפני פרוץ המלחמה, שייטת ספינות הטילים ערכה אימון שייטתי בו התאמנה על הגנת החוף והתאמנה על שיתוף הפעולה עם מטוסי חיל האוויר. בבוקר השישה באוקטובר, יום פרוץ המלחמה, ספינות זרוע הים נפרסו בתווך הימי ונערכו לקראת תרחישים אפשריים. בשעה 14:00 כבר פרצה המלחמה בגזרת התעלה. עד שעות הערב ספינות הטילים הנותרות יצאו מנמליהם; חמש ספינות טילים הפליגו צפונה, ארבע נוספות הפליגו דרומה למטרת תגבור בעוד שתיים נוספות הפליגו דרומה לשם התרעה נגד מטוסים. שתי ספינות טילים נפרסו באזור חיפה וחומשו נגד צוללות.

כחמש שנים לפני כן, זרוע הים לא הצליחה להגיע להישגים משמעותיים במלחמת ששת הימים בשל תקופת המעבר בה הייתה מצויה. בשנים שבין המלחמות זרוע הים השקיעה את מאמציה ביצירת ובהטמעת תורת לחימה לשייטת ספינות הטילים, תירגלו שימוש באמצעי לוחמה אלקטרונית ובשיבושי מכ"ם (מגלה כיוון ומרחק). בנוסף, זרוע הים עברה שינוי תפיסתי- ממגננה להתקפה. הספינות הרבות בשירות זרוע הים איפשרו פיצול כוחות לזירות השונות כך שהדבר לא פגע בכוח האש שלה.

הקרבות במלחמה היוו הוכחה ליעילות התפיסה המבצעית של ספינות הסער, שהיו מהירות, טכנולוגיות ויכלו להפליג בעומקים שונים. זרוע הים הטביעה במלחמה עשרות ספינות השייכות לצי המצרי והסורי, בעוד שלזרוע הים הישראלית לא נפגע אף כלי שיט. זרוע הים יזמה פעולות התקפה, הגיעה לעליונות ימית, גרמה להסתגרות ציי האויב בנמליהם והנתיבים לנמלים הישראליים נשארו פתוחים.

במהלך המלחמה נהרגו שלושה לוחמים לזרוע הים: 2 לוחמי שייטת 13 שנהרגו ב'מבצע ליידי' ולוחם שנהרג על סיפון דבור בעת פשיטה לתוך מעגן מצרי.