5 августа 1941 года Главнокомандующий Юго-Западным направлением маршал Буденный отдал приказ: «Одессу не сдавать и оборонять до последней возможности, привлекая к делу Черноморский флот». Того же требовала Ставка Верховного Командования.
Оборона Одессы советскими войсками в августе-октябре 1941 года - одна из немногих операций Красной Армии, в ходе которой советские войска, уступая в численности противнику, нанесли ему потери более тяжёлые, чем понесли сами. Хотя в итоге этой операции советские войска сдали позиции противнику - но по приказу высшего командования.
5 августа 1941 года Ставка ВГК приказала Приморской армии оборонять Одессу. В состав этой армии (командующий - генерал-лейтенант Софронов) входили:
· 25-я стрелковая дивизия
· 95-я стрелковая дивизия
· 2-я кавалерийская дивизия
· войска Тираспольского укрепрайона (артполк, 9 пулемётных батальонов)
· полк НКВД (из пограничников)
· полк морской пехоты (из матросов Черноморского флота)
· запасный стрелковый полк
· бронепоезд
· бригада ПВО
· 13 строительных батальонов
· 8 батальонов народного ополчения
Кроме того, в Одессе дислоцировался истребительный авиаполк, и в составе военно-морской базы - 10 артиллерийских батарей, авиаполк и полк ПВО.
10 августа 1941 года две стрелковые дивизии, полк НКВД, полк морской пехоты, пулемётные батальоны, запасный полк - занимали линию обороны на подступах к Одессе, примерно в 40 км от города. Кавалерийская дивизия и батальоны ополчения находились во втором эшелоне.
Строительные батальоны (общей численностью 12 тысяч человек, под командованием генерал-майора инженерных войск Хренова) сооружали три укреплённых линии обороны - в 20-25, 10-14 и 6-8 км от Одессы. На улицах города возводили баррикады.
Общая численность войск Приморской армии на 10 августа 1941 - 35 тысяч человек (не считая строительные батальоны, батальоны ополчения, артиллеристов военно-морской базы, авиацию и ПВО).
На Одессу наступали части румынской 4-й армии. Румынский 3-й корпус (три пехотные дивизии) наступал с запада (против советской 95-й стрелковой дивизии), румынский 5-й корпус (танковая дивизия, пехотная дивизия, кавалерийская бригада) - с севера.
На северном участке румынские войска 10-11 августа потеснили советские части (полк морской пехоты, полк пограничников и стрелковый полк 25-й Чапаевской дивизии) примерно на 20 км, прорвав первую линию обороны.
16 августа румынские войска, уже три корпуса (всего - 8 пехотных дивизий, танковая дивизия и 2 кавалерийские бригады), перешли в наступление по всей линии обороны Одессы. В упорных боях румыны продвигались на некоторых участках на 1-2 км, советские войска наносили контрудары. К 19 августа румыны ввели в действие ещё один корпус (2 пехотные дивизии).
19 августа 1941 советская Ставка ВГК директивой № 001066 назначила командующим Одесским оборонительным районом контр-адмирала Жукова (до этого - командующий Одесской военно-морской базой), подчинив ему генерал-лейтенанта Софронова (в качестве заместителя по сухопутным силам) и войска упразднённой Приморской армии.
К 25 августа румынские войска продвинулись до второй линии обороны Одессы. В ходе боёв с 10 августа румынские войска потеряли 5 тысяч убитыми, 3 тысячи пропавшими и 18 тысяч ранеными. Советские войска также понесли большие потери, особенно 25-я Чапаевская дивизия и запасный полк - в южном секторе обороны. 20 августа туда была направлена кавалерийская дивизия, при этом её командир, генерал-майор И. Е. Петров, был назначен командиром Чапаевской дивизии и южного сектора обороны, вместо смещённого прежнего командира.
28 августа румынские войска вновь начали наступление на Одессу. Было задействовано четыре румынских корпуса (в первом эшелоне - 7 пехотных дивизий и 2 кавалерийские бригады, во втором эшелоне - 3 пехотные дивизии), ещё один корпус (2 пехотные дивизии) был в резерве. Всего румынские войска в районе Одессы насчитывали около 200 тысяч человек (12 пехотных дивизий и 2 кавалерийские бригады). Кроме того, в этом наступлении на Одессу впервые участвовали также и немецкие части - пехотный полк, штурмовой батальон и 2 полка тяжёлой артиллерии.
С 30 августа по 12 сентября в Одессу прибыло более 25 тысяч человек пополнения (маршевые батальоны). В начале сентября в Одессе был сформирован танковый батальон, из 40 отремонтированных танков (в основном БТ-7).
10 сентября, после ожесточённых боёв, при контратаках советских войск, главнокомандующий вооружёнными силами Румынии маршал Антонеску приказал прекратить наступление и назначил нового командующего румынской 4-й армии.
12 сентября, после перегруппировки сил, румынские войска вновь перешли в наступление. 14 сентября румыны прорвали вторую линию обороны в южном секторе (до Одессы оставалось около 10 км), взяли в плен 5 тысяч красноармейцев, но и сами вновь понесли большие потери и были вынуждены 22 сентября прекратить наступление.
В это же время, к 20 сентября, в Одессу была переброшена советская 157-я стрелковая дивизия (более 12 тысяч человек) и 18 маршевых рот (4 тысячи человек).
22 сентября на побережье севернее Одессы был высажен морской десант (полк морской пехоты, из Крыма). В конце сентября в Одессу прибыло ещё более 8 тысяч пополнения (36 маршевых рот). 23 сентября в Одессу был прислан дивизион реактивной артиллерии.
27 сентября командование Одесского оборонительного района приказало готовиться к зиме - был организован сбор картофеля, овощей и фруктов для закладки на хранение, кавалерийские лошади пошли на мясопродукты длительного хранения, на одесских предприятиях начался пошив зимнего обмундирования.
Однако 30 сентября 1941 советская Ставка ВГК директивой № 002454 приказала эвакуировать войска Одесского оборонительного района в Крым, в связи с прорывом немецких войск на этот полуостров.
В период 2-16 октября 1941 из Одессы было эвакуировано 86 тысяч бойцов и командиров, 16 тысяч гражданских лиц, 462 орудия, 24 танка, 1158 автомашин, 163 трактора, более 3,5 тысяч лошадей, большое количество боезапаса, продовольствия и других грузов.
Утром 16 октября 1941 румынские войска вошли в Одессу.
Потери советских войск в ходе обороны Одессы составили 16.578 убитыми и пропавшими, 24.690 ранеными.
Потери румынских войск в Одесской операции - 17.729 убитыми, 11.471 пропавшими, 63.345 ранеными.