Летом 1917 года в связи с захватом немцами Риги руководство музея получило указание продумать вопрос об эвакуации коллекций. Директор музея доложил начальству, что большинство моделей эвакуировать невозможно из-за их громоздкости и что следует обязательно вывезти малые модели петровского времени, реликвии Петра I, портреты и картины выдающихся художников, коллекцию закладных досок, наиболее ценное оружие и предметы из серебра. Вещи упаковали в ящики, и 29 августа 1917 года музей закрылся для посетителей. В таком положении его застала Октябрьская революция.
То обстоятельство, что Морской музей не успел эвакуировать свои богатства в 1917 году, сыграло положительную роль: все коллекции остались неразрозненными, и музей смог открыть свои залы для посетителей значительно раньше других подобных учреждений — 24 февраля 1918 года. Впрочем, в марте того же года по распоряжению Морской коллегии в связи с опасным военным положением музей вновь закрыли. Однако по настоянию посетителей был разрешен осмотр экспозиции организованным группам матросов, солдат и учащихся. Свободный доступ в музей для одиночных посетителей был открыт в 1920 году.
Сменив ряд названий, он стал в 1924 году Центральным военно-морским музеем, были внесены соответствующие времени коррективы и в его экспозицию. В 1920-е —1930-е годы фонды музея значительно пополнились за счет частных и государственных коллекций. В конце 1930-х годов, после принятия программ строительства в СССР большого морского и океанского флота, музею стали выделять значительные средства. Это позволило воссоздать модельную мастерскую, без которой был невозможен ремонт старых и изготовление новых моделей.
В августе 1939 года Центральному военно-морскому музею было передано одно из красивейших сооружений Ленинграда — здание бывшей Биржи, построенное по проекту архитектора Ж.-Ф. Тома де Томона в 1816 году. Впервые в своей истории музей получил необходимый штат научных сотрудников.
Работы по переводу экспонатов в новое здание оказалось много, в ней наряду с сотрудниками музея принимали участие такелажники, грузчики, курсанты Высшего военно-морского инженерного училища им. Ф. Э. Дзержинского. Например, курсанты на руках переносили хрупкие модели кораблей из панциря черепахи и слоновой кости. Все делалось в большой спешке, работали по 11, а иногда и по 13 часов в сутки. Нужно было разместить экспонаты в новом помещении, составить план экспозиции и к весне 1941 года снова открыть музей. Наконец 6 февраля 1941 года состоялось торжественное открытие музея в новом здании.
Экспозиция, развернутая в здании Биржи в строго хронологическом порядке, размещалась в девяти залах и отражала историю русского флота до 1917 года, показывала участие военных моряков в Октябрьской революции и Гражданской войне, строительство советского Военно-Морского Флота в 1921–1940 годах.
