Vào đầu tháng 9 năm 1917, sau khi Đức chiếm được cảng Riga của Nga, Hải quân Đức quyết định xóa sổ lực lượng Hải quân Nga vốn còn đang trụ lại vịnh Riga. Nhằm mục đích này, Bộ Tổng Tư lệnh Hải quân (Admiralstab) vạch ra một chiến dịch tại quần đảo Moonsund, đặc biệt nhắm vào các khẩu đội pháo Nga trên bán đảo Sworbe thuộc Ösel. Ngày 18 tháng 9, mệnh lệnh được đưa ra cho một chiến dịch phối hợp Lục-Hải quân nhằm chiếm các đảo Ösel và Moon; lực lượng hải quân chủ yếu bao gồm soái hạm Moltke cùng với Hải đội Chiến trận 3 của Hạm đội Biển khơi, gồm có Đội 5 vào lúc này bao gồm Bayern và bốn thiết giáp hạm lớp König, và Đội 6 bao gồm năm thiết giáp hạm lớp Kaiser. Cùng với chín tàu tuần dương hạng nhẹ, ba chi hạm đội tàu phóng ngư lôi cùng nhiều tàu rải mìn và tàu quét mìn, toàn bộ lực lượng bao gồm khoảng 300 tàu chiến, được sự hỗ trợ của trên 100 máy bay và sáu khí cầu zeppelin. Lực lượng tấn công gồm khoảng 24.600 sĩ quan và binh sĩ. Đối đầu với lực lượng Đức là các thiết giáp hạm tiền-dreadnought cũ của Nga Slava và Tsarevitch, các tàu tuần dương bọc thép Bayan, Admiral Makarov và Diana, 26 tàu khu trục, nhiều tàu phóng lôi và pháo hạm, cùng một lực lượng đồn trú tại Ösel với khoảng 14.000 người cùng các khẩu đội pháo phòng thủ duyên hải.Chiến dịch bắt đầu vào sáng ngày 12 tháng 10, khi Bayern cùng với Moltke và bốn chiếc thiết giáp hạm lớp König bắt đầu nả pháo vào các khẩu đội phòng thủ duyên hải Nga tại vịnh Tagga. Đồng thời lúc đó, năm chiếc thiết giáp hạm lớp Kaiser đối đầu với các khẩu đội trên bán đảo Sworbe với mục đích là nhằm bình định eo biển giữa các đảo Moon và Dagö, án ngữ lối thoát duy nhất của các con tàu Nga trong vịnh. Vai trò của Bayern trong chiến dịch bị rút ngắn khhi nó trúng phải một quả thủy lôi lúc 05 giờ 07 phút đang khi di chuyển vào vị trí bắn phá tại Pamerort. Vụ nổ của quả thủy lôi làm thiệt mạng một sĩ quan và sáu thủy thủ, làm tràn 1.000 tấn (980 tấn Anh; 1.100 tấn thiếu) nước vào con tàu khiến phần phía trước bị chìm 2 m (6,6 ft). Cho dù bị hư hại đáng kể, Bayern vẫn đối đầu với các khẩu hải pháo tại mũi Toffri ở phần cực Nam của Hiiuma. Nó được cho rút khỏi vị trí chiến đấu lúc 14 giờ 00; việc sửa chữa ban đầu được tiến hành vào ngày 13 tháng 10 tại vịnh Tagga nhưng tỏ ra không hiệu quả, và Bayern phải được cho rút về Kiel để sửa chữa. Chuyến đi quay trở về kéo dài đến 19 ngày. Công việc sửa chữa kéo dài từ ngày 3 tháng 11 đến ngày 27 tháng 12, trong đó phòng ngư lôi phía trước mũi được tháo dỡ các thiết bị và các cửa phóng ngư lôi được bịt kín; phòng này sau đó được cải biến thành một ngăn kín nước  Bốn khẩu pháo 8,8 cm (3,5 in) phòng không cũng được trang bị trong quá trình sửa chữa.Đến ngày 16 tháng 10, hai thiết giáp hạm lớp König cùng một số tàu nhỏ được gửi đi đối phó với các thiết giáp hạm Nga trong vịnh Riga. Sáng hôm sau, König và Kronprinz đụng độ với đối phương; König đấu pháo tay đôi với Slava trong khi Kronprinz nổ súng vào cả Slava lẫn tàu tuần dương Bayan, các tàu chiến Nga bị bắn trúng nhiều lần cho đến 10 giờ 30 phút, khi Đô đốc Mikhail Bakhirev tư lệnh lực lượng hải quân Nga ra lệnh cho lực lượng dưới quyền rút lui. Slava chịu đựng nhiều hư hại đến mức không thể rút lui lên phía Bắc; thay vào đó chiếc tàu chiến Nga bị đánh đắm và thủy thủ đoàn của nó triệt thoái trên một tàu khu trục. Đến ngày 20 tháng 10, cuộc chiến đi đến hồi kết cuộc; hạm đội Nga bị tiêu diệt hay bị buộc phải rút lui, và phía Đức bám chắc được các hòn đảo trong vịnh.