Po ataku na ZSRR, we wrześniu 1941 „Köln” wszedł w skład północnej grupy niemieckiej Floty Bałtyckiej ("Baltenflotte"), utworzonej w celu przeciwdziałania ewentualnym próbom przedarcia się okrętów floty radzieckiej do Szwecji (wraz z pancernikiem „Tirpitz” i krążownikami „Nürnberg” i „Admiral Scheer”). 12–13 października ostrzeliwał baterie nadbrzeżne na wyspie Dago (operacja "Ostpreussen", z torpedowcami Т-2, Т-5, Т-7, Т-8 i trałowcami), lecz bez większych efektów, a sam został tylko lekko trafiony odłamkiem (wystrzelono 285 pocisków, a następnego dnia 256 pocisków). Został wówczas zauważony przez radziecki okręt podwodny Szcz-323, który jednak nie zdołał przeprowadzić ataku. „Köln” powrócił po tym do zadań szkolnych. W związku z zamiarem powrotu do wykorzystania bojowego, od 6 lutego do 23 maja 1942 był remontowany w Wilhelmshaven. Przeszedł modernizację urządzeń napędowych, otrzymał także radar FuMO 21 na dachu nadbudówki dziobowej, w miejsce dalmierza. Zdjęto mu dwa podwójne działka 37 mm i dwa działka 20 mm, lecz dodano dwa poczwórnie sprzężone działka 20 mm Flakvierling 38.