Части восточного сектора к исходу 13 августа, согласно приказу командующего армией, были отведены на рубеж: Григорьевка, Кубанка, где и закрепились. При отходе были сняты все посты наблюдения, а также взорвана дамба Кошары — Коблево. Противник обнаружил отход частей и, не теряя с ними соприкосновения, начал преследование.

Бои в восточном секторе обороны

15 августа в восточном секторе обороны противник перешел в решительное наступление. Наши части оказывали врагу упорное сопротивление. К исходу дня румынским войскам удалось частично вклиниться в нашу оборону и занять Булдинку. Подошедшие к месту боев корабли «Красный Крым», «Шаумян» и «Дзержинский» открыли интенсивный артиллерийский огонь по району Булдинки. Вражеская пехота, неся большие потери, вынуждена была залечь. Воспользовавшись замешательством в рядах противника, моряки под прикрытием огня корабельной и береговой артиллерии перешли в контратаку и выбили врага из Булдинки. В ночь на 16 августа и днем 16 августа румынские части возобновили свои атаки в направлении Большого Аджалыкского лимана. Румынская пехота силою до батальона с ротой танков прорвалась в район Шицли. 17 августа прорвавшиеся подразделения были окружены нашими частями и полностью уничтожены. При этом было захвачено большое число пленных, 18 орудий, 3 танка, бронеавтомобиль и другие трофеи. На поле боя противник оставил много убитых и раненых. 18 августа путем введения в бой свежих сил врагу снова удалось к исходу дня вклиниться в нашу оборону на глубину до 700 м в том же направлении на Шицли. Его авиация, появляясь группами по 20–25 самолетов, усилила удары по кораблям, поддерживавшим войска восточного сектора. Однако благодаря искусному маневрированию кораблей ни одна из бомб и торпед, сбрасываемых с самолетов, не попала в цель.

Бои в южном секторе обороны. Такие же ожесточенные бои происходили в южном секторе обороны, в районе Кагарлыка. Сосредоточив на узком участке не менее пехотной дивизии, усиленной 70 танками, противник атаковал части 25-й стрелковой дивизии и прорвал нашу оборону на участке: восточная окраина Кагарлыка и высоты 116,5, 114,6, 41,6.

Для ликвидации этого прорыва командующий Приморской армией приказал армейскому резерву — 1-й кавалерийской дивизии, с приданным ей взводом танков и 90-м полком 95-й стрелковой дивизии — к утру 17 августа сосредоточиться в районе хутор Петровский, Рус. Мандрово, хутор Корсунцы и, образовав армейскую ударную группу, атаковать противника в общем направлении Кагарлык, Граденица и уничтожить его прорвавшиеся части. Одновременно 25-й стрелковой дивизии была поставлена задача — с утра 17 августа частью сил контратаковать противника из района высоты в 4 км юго-восточнее Кагарлыка в направлении юго-западной окраины Кагарлыка.

Чтобы обеспечить действия ударной группы армии с северо-востока, командиру 95-й стрелковой дивизии приказывалось в районе хуторов Ленина 1-й, Первомайск иметь два стрелковых батальона. Кроме того, 136-й стрелковый запасной полк должен был к рассвету 17 августа занять и оборонять промежуточный рубеж на участке Карсталь — Фрейденталь, имея целью не допустить продвижения противника в направлении хуторов Вакаржаны, Дальник.

Выполняя приказ командующего армией, наши части перешли в наступление. Однако уже с первых шагов темп его начал ослабевать. Большое удаление района боев от морской базы и отсутствие в войсках достаточного количества полевой артиллерии не дали возможности поддержать пехоту артиллерийским огнем. Вскоре на этом же участке перешли в наступление немецко-румынские войска и нашим частям вместо продвижения вперед пришлось отражать вражеские атаки.

17 и 18 августа в районе Кагарлыка шли упорные бои с превосходящими силами противника, которому ценой больших потерь удалось продвинуться лишь на 1,5–2 км.

Бои в западном секторе обороны

Одновременно с нанесением основных ударов по флангам нашей обороны, имеющих целью зажать в клещи части Приморской армии, немецко-румынские войска предприняли вспомогательный удар в центре, перейдя в наступление в направлении железной дороги Раздельная — Одесса.

Сосредоточив на узком участке фронта не менее 2 пехотных дивизий, усиленных 60 танками, противник атаковал 95-ю стрелковую дивизию и стал развивать удар на Одессу. Уверенные в своем успехе, румыны наступали в густых боевых порядках. Подпустив противника на близкое расстояние, части 95-й стрелковой дивизии, усиленные пулеметным батальоном 82-го укрепленного района, всей силой огня обрушились на движущиеся румынские цепи. Враг не выдержал удара, дрогнул и, побросав раненых и убитых, бежал с поля боя. В отражении неприятельской атаки принимали участие авиация и первый бронепоезд, построенный одесскими рабочими на заводе имени Январского Восстания. Направленный со станции Карпово по неразрушенному железнодорожному полотну прямо в тыл наступавшим румынским частям, бронепоезд пулеметным огнем с двух бортов нанес им большие потери.

18 августа — в день особенно напряженных боев — авиация противника в количестве более 100 самолетов бомбардировала город и порт.

Во второй половине дня наша авиаразведка установила выход из Сулина 8 больших и 4 малых транспортов, направлявшихся к Одессе под охраной авиации и 10 сторожевых катеров. Очевидно, противник намеревался высадить десант. Наши бомбардировщики, высланные навстречу, потопили 2 транспорта и повредили один, вынудив остальные вражеские корабли повернуть обратно.

В этих первых боях на подступах к Одессе немецко-румынские войска понесли достаточно тяжелые потери. Только в районе хутора Калиновка и вдоль железной дороги (западный сектор обороны) нашей разведкой было обнаружено более 3 тысяч убитых солдат и офицеров противника. Вместе с убитыми, быстро разлагавшимися от жары, лежали и раненые, стоны которых в период затишья были слышны по всему фронту. Наши войска тоже понесли большие потери; особенно значительными они были среди командного состава. Советское командование предложило противнику убрать трупы и подобрать раненых, соглашаясь в течение определенного времени не вести огня. Румыны на это предложение не ответили. Тогда решено было ночью на переднем крае обороны произвести заливку разложившихся трупов хлорной известью.

К 19 августа 1941 года под Одессой вновь создалась напряженная обстановка. Неприятель, сосредоточив значительные силы, при поддержке авиации и танков продолжал наступать, развивая удар на флангах нашей обороны.

Части Приморской армии, отойдя к 19 августа на передовой рубеж, оказались изолированными от остальных войск Южного фронта. Совместно с частями и кораблями Одесской военно-морской базы Черноморского флота они составили гарнизон Одессы.

Потери сухопутной связи с тылом страны поставили войска Приморской армии в очень тяжелое положение: снабжение армии людьми, техникой, боеприпасами могло теперь осуществляться только морем через военно-морскую базу, которая помимо того взяла на себя и задачу прикрытия войск огнем артиллерии и авиации. Черноморский флот, напрягая свои силы, обеспечивал доставку всего необходимого для обороны, а также эвакуацию раненых, гражданского населения и промышленных ценностей. Усилия сухопутных войск, морского флота и всех жителей Одессы с этого дня слились воедино для решения одной общей задачи — во что бы то ни стало отстоять Одессу.