Перед началом операции в ее план были внесены частичные изменения. Так, в целях достижения внезапности предварительный бомбовый удар авиации по войскам противника отменялся, он приурочивался к началу наступления. Предварительный артиллерийский обстрел пунктов высадки был отменен по тем же соображениям. Наконец, изменялось и время высадки десанта: начало ее было отнесено на два часа позже первоначально намеченного срока.

В окончательном виде решение на контрнаступление излагалось в приказе войскам Приморской армии № 0024 от 21 сентября 1941 года.

Согласно этому приказу, на рассвете 22 сентября в районе Григорьевки высаживался 3-й морской полк в составе 1500 человек с задачей овладеть районом высот 42,9, Каменоломня в 2 км севернее Новой Дофиновки, Спасательная станция и внезапными действиями с тыла способствовать захвату рубежа восточнее Большого Аджалыкского лимана. Командующим десантной операцией был назначен контр-адмирал Л. А. Владимирский.

Операции предшествовала длительная тренировка 3-го морского полка в Казачьей бухте Севастополя. Были отработаны: ночная высадка десанта с кораблей, управление операцией, действия высадившихся войск, поддержка их артиллерией с кораблей и авиацией. Десант должен был погрузиться на корабли в Казачьей бухте и без захода в Одессу отправиться непосредственно к месту высадки.

Для перевозки и обеспечения его действий на берегу были выделены: крейсеры «Красный Кавказ» и «Красный Крым», эсминцы «Бойкий» и «Безупречный»; отряд корабельной поддержки — канонерские лодки «Красная Грузия», «Кубань» и 5 скоростных катеров; средства высадки — 19 катеров, 10 корабельных баркасов и буксир «Алупка». С воздуха корабли прикрывались истребителями и обеспечивались разведчиками дальнего действия. Выход из Севастополя был назначен на 13.00 21 сентября с таким расчетом, чтобы к 1.00 22 сентября подойти к району Григорьевки. Для ориентирования ночью в районе высадки был выставлен освещаемый буй с постоянным белым огнем, видимый на расстоянии трех миль. Корабли были оборудованы дополнительными трапами по два с каждого борта, место было обозначено канонерской лодкой «Красная Грузия», служившей ориентиром для катеров, перевозивших войска с кораблей; она же в случае необходимости должна была поддерживать высаживающийся десант огнем.

Готовившаяся операция держалась в строгой тайне. Задача войскам была объявлена лишь с отходом кораблей из Севастополя, Крейсеры «Красный Крым» и «Красный Кавказ» после высадки десанта возвращались в Севастополь. Операции предшествовала тщательная воздушная и наземная разведка районов, прилегающих к месту высадки. На авиацию возлагалась задача днем 21 сентября и в ночь на 22 сентября бомбовыми ударами по аэродромам и скоплениям войск противника в восточном секторе нейтрализовать действия вражеской авиации и воспретить сосредоточение в этом районе немецко-румынских сил. Корабли Черноморского флота систематическим обстрелом вражеских батарей и расположения противника должны были обеспечить успешные действия десанта. Таким образом, десантная операция была тщательно продумана во всех деталях штабами Черноморского флота и Одесского оборонительного района.

Одновременно с началом высадки морского десанта войска Приморской армии с утра 22 сентября частью сил переходили в наступление с целью овладения рубежом совхоз им. Ворошилова, высота 55,1, высота 63,6, хутор Петровский, поселок Шевченко, отметка 20,0.

421-я стрелковая дивизия (без 1331-го стрелкового полка) с приданными ей 3-м дивизионом 134-го гаубичного артиллерийского полка, 37-й и 38-й батареями Одесской военно-морской базы, при поддержке артиллерийского огня с кораблей Черноморского флота, наступала в общем направлении на Крыжановку, высоты 49,7 и 55,1 с ближайшей задачей овладеть рубежом совхоз им. Ворошилова, молочная ферма ДОПРа, высота 65,9.

157-я стрелковая дивизия (без 384-го стрелкового полка) с приданными ей 1-м дивизионом 134-го гаубичного артиллерийского полка, 85-м артиллерийским полком и танковым отрядом действовала в общем направлении на Корсунцы, выс. 69,7, имея ближайшей задачей занять рубеж высоты 65,9; 65,5 и 51,4. Наступление частей армии должно было поддерживаться огнем дальнобойной артиллерии: двух батарей 265-го корпусного артиллерийского полка и одной батареи Одесской военно-морской базы.

21 сентября в 13.00 в Казачьей бухте десант закончил посадку на корабли, и через полчаса караван судов направился к Одессе. Крейсеры «Красный Кавказ» и «Красный Крым» приняли на борт: первый — 696 человек, второй — 709, эсминцы «Безупречный» — 105 человек и «Бойкий» — 107. Всего перевозилось 1617 человек (3-й морской полк).

Командующий эскадрой контр-адмирал Владимирский на эсминце «Фрунзе» вышел из Севастополя раньше, стремясь засветло встретиться с командованием Одесской базы, чтобы согласовать действия десанта. На подходе к Одессе эсминец неожиданно был атакован большой группой самолетов противника. Одна из бомб причинила кораблю сильное повреждение, и он начал тонуть. Немецкие летчики, непрерывно пикируя на поврежденный корабль, из пулеметов и пушек обстреливали палубу. Контр-адмирал Владимирский был ранен и снят с борта. Командующий Черноморским флотом, получив донесение о гибели эсминца «Фрунзе» и не имея сведений о судьбе контр-адмирала Владимирского, приказал командующему Одесским оборонительным районом назначить на его место контр-адмирала С. Г. Горшкова и операцию проводить в намеченный срок.

21 сентября в 22.00 десант благополучно подошел к берегу в районе Григорьевки. 22 сентября в 1.33 по сигналу флагмана началась высадка. Уже через 5 минут от кораблей отошли баркасы с морской пехотой. Эшелон за эшелоном войска быстро перебрасывались на берег. Через 2 часа 52 минуты высадка десанта была закончена полностью. Десантная операция оказалась неожиданной для неприятеля, и он не смог оказать никакого противодействия ее осуществлению.

Все корабли, не предназначенные для огневого сопровождения десанта на суше, немедленно отошли в свои бухты.

С рассветом эсминцы «Бойкий», «Беспощадный» и «Безупречный» открыли сильный артиллерийский огонь, имея целью подавить артиллерию и уничтожить живую силу противника. Тем временем авиация Черноморского флота нанесла бомбовые удары по районам Свердлово, Старая Дофиновка. В 6.15 над районом действий десанта появились истребители 69-го истребительного авиаполка, которые атаковали аэродромы неприятеля в районе севернее поселка Визирка. В результате атаки около 20 немецких самолетов сгорели и несколько было повреждено.

В 7.00 авиация Черноморского флота нанесла повторный удар по скоплению войск противника в районах: Александровна, высота 58,0, совхоз Ильичевка, Гильдендорф. Одновременно с высадкой морского десанта был сброшен на высоту 57,3 парашютный десант в количестве 23 человек, который начал действовать двумя группами, имея задачей посеять панику в тылу врага: первая группа уничтожила несколько линий проволочной связи противника, вторая — один из его командных пунктов. Выполнив свою задачу, парашютисты присоединились к десантным частям.

Под прикрытием огня корабельной артиллерии и авиации высадившийся десантный полк сразу же перешел в наступление в двух направлениях: 3-й батальон — Григорьевка, высота 48,2, Старая Дофиновка; 1-й батальон — Григорьевка, Чебанка, Новая Дофиновка; 2-й батальон наступал во втором эшелоне за 3-м батальоном.