В 1951 г. заводу «Баррикады» было дано задание изготовить 320-мм баллистический ствол для башен «Новороссийска». В декабре 1954 г. 320-мм ствол, получивший заводской индекс Бр-104, был сдан заказчику. Испытания его проводились на Ржевке с полигонного станка МП-10.
В боекомплект «Новороссийска» входили итальянские 525-кг бронебойные и 458-кг фугасные снаряды. Бронебойный снаряд при весе заряда 175 кг имел начальную скорость 800 м/с и дальность 28,6 км при угле возвышения 27°.
Началось производство и советских 320-мм снарядов, но были ли они поставлены на линкор, неизвестно. С.В. Елагин и А.Е. Тарас высказали предположение, что в СССР для «Новороссийска» к октябрю 1955 г. были созданы 320-мм снаряды с ядерными боевыми частями{133}
.В мае 1955 г. «Новороссийск» вновь вступил в строй. В течение лета и осени линкор несколько раз выходил в море. 28 октября «Новороссийск» вернулся в Севастополь из очередного похода и занял место в районе Морского госпиталя, встав на две бочки. В 1 ч 31 мин 29 октября 1955 г. под носовой частью линкора между первой и второй башнями и их погребами по правому борту произошел взрыв, разрушивший все горизонтальные перекрытия от днища до палубы полубака. В подводной части корпуса с правого борта образовалась пробоина площадью более 150 кв. м, а с левого вдоль киля — вмятина со стрелой прогиба 2—3 м. Общая площадь повреждений подводной части корпуса составила 340 кв. м на участке длиной 22 м. Сразу же несколько носовых отсеков заполнились водой, и корабль получил большой дифферент на нос.
Несмотря на энергичные действия экипажа и немедленно прибывших с других кораблей аварийных партий, остановить распространение воды не удалось, линкор продолжал погружаться носом и терять остойчивость.
Тогда была предпринята попытка отбуксировать «Новороссийск» кормой на прибрежную отмель, но отдали только швартов с кормовой бочки, что позволило лишь развернуть корабль и приблизить корму к Госпитальной стенке до 130 м (глубина там была около 16 м). Преодолеть держащую силу левого якоря и носовой бочки (с нее швартов перерезали только в 3 ч 30 мин, когда нос уже вошел в грунт на два-три метра) буксиры не смогли.
Можно было приблизиться к берегу, дав задний ход машинами, которые после похода еще не успели остыть, и время подготовки их не превысило бы получаса. Но сделано это не было. Вскоре крен на левый борт достиг 18—20°, и линкор повалился набок, а в 4 ч 15 мин, то есть через 2 ч 45 мин после взрыва, опрокинулся вверх килем и затонул.
Причиной опрокидывания стала потеря поперечной остойчивости из-за нарастания дифферента на нос и появления больших свободных поверхностей воды в высокорасположенных отсеках,
В ходе катастрофы погибло 607 человек, из которых приблизительно 50—100 погибли непосредственно из-за взрыва и затопления носовых отсеков, остальные — при опрокидывании корабля и после него.
Своевременной эвакуации экипажа организовано не было. Большинство участников борьбы за непотопляемость корабля и почти весь личный состав электромеханической боевой части остались внутри корабля, Многие из них, оказавшись в воздушных подушках отсеков, были живы почти трое суток. Но спастись удалось только девятерым морякам. Семь из них вышли сами через 5 часов после опрокидывания через прорезанную в кормовой части днища горловину, еще двоих человек спустя 50 часов вытащили водолазы.
Расследованием катастрофы занималась правительственная комиссия во главе с заместителем Председателя Совмина СССР В, Малышевым.
Согласно докладу этой комиссии от 17 октября 1955 г., «можно утверждать, что взрыв 29 октября 1955 г. являлся взрывом заряда, расположенного на дне Севастопольской бухты, в месте якорной стоянки линкора.
В целом из сопоставлений записей геофизических станций можно сделать вывод, что заряд при взрыве был, во всяком случае, не меньше заряда отечественной мины «АМД-1000» (1000 кг тротила).
Размеры воронки при опыте практически совпали с размерами воронки в месте стоянки линкора «Новороссийск», что свидетельствует о близости величин зарядов при этих взрывах…
На основании произведенных расчетов и соответствующих испытаний экспертной комиссией признается возможным нахождение под линкором донной мины, сохранившей потенциальную боеспособность и не вытраленной при неконтактном тралении вследствие того, что часовой механизм прибора срочности не отработал установленного на нем срока (часы стояли).