3 сентября в районе Дорпата погиб оберштурмфюрер СС Арнольд Хансен, кавалер Германского креста в золоте, служивший в разведывательном батальоне дивизии СС «Дас Райх» и отличившийся в сражении за Харьков в феврале-марте 1943 года. В 1944 году Хансен был направлен инструктором в танковый разведывательный учебно-запасной батальон СС и таким образом оказался в бригаде Гросса.
На 12 сентября 1944 года бригада состояла из танкового, 1-го пехотного и разведывательного батальонов. Танковый батальон бригады имел на вооружении восемь Pz-lll (один с орудием длиной ствола 42 калибра и семь - с длиной ствола 60 калибров), два Pz-IV (по одному с орудиями длиной ствола 24 калибра и 43 калибра), три «Пантеры», одно штурмовое орудие (то есть всего 14 танков и штурмовых орудий) и 17 бронетранспортеров. Вдобавок в разведывательном батальоне насчитывалось восемь бронеавтомобилей, однако, по некоторым данным, вскоре, его вывели из состава бригады и вернули назад в Латвию.
Мартин Гросс обсуждает обстановку вместе с эстонскими офицерами из 300-й дивизии особого назначения, район Тарту
С 15 сентября 1944 года бригада СС «Гросс» действовала против превосходящих сил 2-й ударной армии в районе Йыгевы. В этот день погиб унтерштурмфюрер СС резерва Йозеф Шайблер из 2-й роты 1-го пехотного батальона.
В этих боях снова отличился начальник оперативного отдела бригады Фриц Херциг. 17 сентября красноармейцы прорвали линию обороны 1-го пехотного батальона, однако Херциг лично собрал всех солдат, которые были под рукой, организовал и возглавил контратаку, благодаря которой положение было нормализовано. Тем не менее силы эсэсовцев были на исходе. В этот день погиб штурмбаннфюрер СС Эрнст Зоренс, командир танкового батальона. 20 сентября Йыгева была взята 90-й стрелковой дивизией генерал-майора Н.Г. Лященко.
18 сентября Красная армия предприняла попытку обойти немецкую оборону у Нарвы и ударили по позициям на северо-восточной оконечности озера Пейпус. Удар пришелся по 300-й дивизии специального назначения, сформированной из эстонских добровольцев (создана 1 мая 1944 года на основе штаба 13-й полевой дивизии Люфтваффе и 2-го, 4-го, 5-го и 6-го эстонских полков пограничной охраны). Не имевшие серьезных противотанковых средств, эстонцы хотя и оказали мужественное сопротивление, но остановить натиск советских войск не могли. Бригаду СС «Гросс» спешно перебросили в этот район, однако помешать советскому продвижению ослабленная бригада не могла.
Эсэсовцы вместе с другими немецкими частями противостояли 43-й советской армии генерал-лейтенанта А.П. Белобородова, упомянувшего о ней в своих мемуарах [1а, с. 329].
Советский прорыв под Нарвой привел к тому, что командующий группой армий «Север» генерал-оберст Шёрнер по собственной инициативе принял решение отвести 16-ю армию и оперативную группу «Нарва» из Эстонии в Курляндию. В этой ситуации Мартину Гроссу и его танковой бригаде выпала нелегкая задача прикрывать отход, ведя арьергардные бои и парируя советские удары, как это случилось, например, у Вессенберга (Раквере), где эсэсовцы противостояли войскам советской 8-й армии генерал-лейтенанта Ф.Н. Старикова. Днем 20 сентября Вессенберг был оставлен немцами, и к вечеру в него вошли войска 8-й армии.
Подробности всех этих арьергардных боев не сохранились, кроме разве что разрозненных отчетов о состоянии бригады в штаб группы армий «Север». На 20 сентября 1944 года в бригаде СС «Гросс» насчитывалось 300 человек, два штурмовых орудия, одна трофейная тридцатьчетверка, три Pz-lll, два Pz-IV и всего четыре бронетранспортера.
В последующие дни бригада СС «Гросс» отходила на юг, через Пярну, пока не достигла границы Эстонии и Латвии. 29 сентября 1944 года штаб группы армий «Север» приказал перебросить танковую бригаду СС «Гросс» вместе с рядом других частей в район действий 40-го танкового корпуса 3-й танковой армии [14, с. 282]. Благодаря этому бригада СС «Гросс» снова оказалась в подчинении 3-й танковой армии и избежала попадания в Курляндский котел - 9 октября 1944 года могучим ударом 1-го Прибалтийского фронта 3-я танковая армия была отделена от группы армий «Север» [3, с. 276] и теперь была вынуждена отходить в Восточную Пруссию, в то время как 16-я и 18-я армии оказались запертыми в Курляндии.
10 октября 1944 года в бою у местечка Нойштадт при минометном обстреле погиб командир 1-го пехотного батальона штурмбаннфюрер СС Альфред Арнольд. Его похоронили на кладбище в Инстербурге (ныне город Черняховск Калининградской области), посмертно Арнольд 6 января 1945 года был награжден Германским крестом в золоте.
Снова оказавшись на территории Латвии, бригада Гросса отступала через Ригу и вышла в район южнее Добеле. 16 октября 1944 года началось очередное советское наступление в Прибалтике. Бригада СС «Гросс» действовала против войск 3-й ударной армии, поддерживая контратакующие 24-ю и 93-ю пехотные дивизии. Противниками эсэсовцев были части 79-го и 100-го стрелковых корпусов. Бои были упорными, и немцам удалось на некоторых участках потеснить советские войска. Не случайно в советских отчетах были упомянуты «Тигры» и «Фердинанды» из бригады СС «Гросс» [9, с. 129], хотя ни тех, ни других в составе бригады не было (а «Фердинандов» вообще в ней никогда не было). Утром 20 октября советское командование бросило в бой 7-й стрелковый корпус, однако и это не принесло желаемого результата. В итоге упорнейшее немецкое сопротивление привело к тому, 3-ю ударную армию вывели с этого участка фронта. Новым противником бригады СС «Гросс» стала советская 22-я армия.