В соответствии с этими указаниями Ставки и создавшейся на фронте обстановкой решение командования Одесского оборонительного района было таково:

Восточному сектору, продолжая выполнение прежней задачи, оборонять рубеж: Григорьевна, высота 55,1, Ильинка, Чеботаревка.

Западному сектору (95-я стрелковая дивизия с приданным бронепоездом № 1) к 8.00 20 августа отойти и занять для обороны рубеж: Палиово, Выгода, хутор Петровский.

Южному сектору (25-я стрелковая дивизия) к 8.00 20 августа также отойти и занять для обороны рубеж: Карсталь, Маяки, Каролино-Бугаз.

Для обеспечения планомерного отхода частей 25-й стрелковой дивизии, втянувшихся в ожесточенные бои с наседавшим на них противником, армейский резерв — 1-я кавалерийская дивизия — выдвигалась к 2.00 20 августа в район Карстали. Заняв там оборону, кавалеристы должны были принять на себя отходящие части 25-й стрелковой дивизии. С отходом последних на указанный им рубеж кавалерийская дивизия вновь сосредоточивалась в армейском резерве в районе поселка Застава, населенных пунктов Дальник и Татарка.

Аналогичная задача была поставлена батальону ВНОС, который должен был к 2.00 20 августа занять для обороны район Карсталь, высота 94,2, а с отходом частей 25-й стрелковой дивизии на новый рубеж поступить в армейский резерв, сосредоточившись в районе совхоза Ульяновка.

Ввиду того что армейский резерв был израсходован, восточному сектору приказывалось выделить в резерв командующего армией 1-й морской полк, который к 7.00 20 августа сосредоточить в район поселка Застава.

Одновременно с этим командование Одесского оборонительного района требовало ускорить строительство оборонительных сооружений на ближних подступах к Одессе и в первую очередь на рубеже главной обороны, причем были даны указания вместо противотанковых рвов производить в дальнейшем постройку надолбов, оплетенных гладкой проволокой. Это позволяло в более короткие сроки изготовить противотанковые и вместе с тем противопехотные препятствия.

Несмотря на огромные потери, понесенные противником в боях под Одессой, его атаки продолжались. Однако первоначальный план противника, предусматривавший «молниеносный» захват Одессы и высвобождение румынской армии для действий в восточном направлении и в Крыму, провалился. Немецкое командование, недовольное действиями 4-й румынской армии, приказало румынам во что бы то ни стало захватить Одессу. Во второй половине августа на фронт для непосредственного руководства войсками прибыл Антонеску. Он собрал в Выгоде совещание офицеров и в категорической форме потребовал от них «любыми силами и средствами овладеть Одессой к 3 сентября».

Ожесточенные бои в восточном секторе обороны продолжались. Бросив в бой 15-ю и 13-ю пехотные дивизии, противник сутра 19 августа, после продолжительной артиллерийской и минометной подготовки, перешел в наступление в общем направлении на Новую Дофиновку. Немецко-румынские войска стремились выйти к берегу моря непосредственно восточнее Одессы, чтобы огнем артиллерии с суши отрезать морской путь, разрушить сооружения порта, воздействовать на город и нанести удар во фланг частям западного сектора.

Противнику удалось занять населенный пункт Шицли и продвинуться далее в юго-западном направлении. Вводом наших частных резервов (батальон войск НКВД и отдельный батальон связи) положение было восстановлено. Однако после ряда настойчивых и беспрерывных атак в восточном секторе противник ценою больших потерь к 25 августа оттеснил наши части на линию: молочная ферма ДОПРа, совхоз Ильичевка, Корсунцы, Соляная мельница, высота 77,9, хутор Черевичный.

В связи с этим командование Одесского оборонительного района приняло решение в ночь с 24 на 25 августа отвести правофланговые части восточного сектора на линию совхоза им. Ворошилова, Александровки, прикрыв отход огнем береговой батареи, расположенной в Чебанке. После того, как наши войска отошли на этот рубеж, береговая батарея, израсходовавшая последние снаряды, была взорвана. Дальнейший отход наших войск прикрывали корабли Черноморского флота. Маневрируя вдоль берега, эсминцы «Фрунзе», «Смышленый», «Беспощадный» и другие корабли артиллерийским огнем сдерживали продвижение врага. К вечеру 25 августа бои стали затихать. Только авиация противника продолжала атаковать корабли. Во время одного из налетов эсминец «Фрунзе» получил пробоину в борту. Силами команды повреждение было быстро ликвидировано, и эсминец остался в строю.

Действия наземных частей восточного сектора активно поддерживала авиация Черноморского флота: 22 августа наши самолеты непрерывно наносили удары по мотомехколоннам и скоплениям войск противника в районах Булдинки и Свердлово, уничтожив при этом до 38 танков и несколько десятков автомашин с пехотой. Кроме того, самолеты непрерывно патрулировали над своими кораблями. Благодаря активным действиям кораблей и авиации Черноморского флота удалось обеспечить более организованный отход пехоты на новый рубеж, на котором, однако, упорные бои продолжались с прежней силой.

Стремясь восстановить положение, наши войска неоднократно переходили в контратаки и наносили врагу большой урон в живой силе и технике. Так, в ночном бою 28 августа было захвачено 2 противотанковых орудия, 3 миномета, 3 пулемета и взято в плен до роты румын.

Ввиду больших потерь (в некоторых подразделениях они доходили до 70 %), понесенных нашими войсками восточного сектора, выдержавшими многочисленные атаки противника, командование приняло решение пополнить и реорганизовать их. Морской полк, полк НКВД и ряд подразделений после пополнения были сведены в 421-ю Одесскую стрелковую дивизию.

Натиск немецко-румынских войск между тем не ослабевал. В результате многодневных ожесточенных атак превосходящих сил противника части восточного сектора местами отошли и к 1 сентября заняли фронт: высота 47,4, совхоз Ильичевка, отметка 66,3, Протопоповка. В дальнейшем бои в восточном секторе носили позиционный характер. Противник, предпринимавший яростные атаки, не смог прорвать фронт советской обороны и постепенно выматывался, неся огромные потери. Но и положение города значительно осложнилось. 24 августа немецкая дальнобойная артиллерия обстреляла северную окраину Одессы, произведя разрушения в районе Пересыпи. Используя Воронцовский маяк как ориентир, немцы перенацелили огонь на порт и на корабли. 23 августа прямым попаданием артиллерийского снаряда был пробит борт эсминца «Фрунзе». Перед советскими войсками встала задача — немедленно подавить огонь артиллерии противника и, отбросив на восток его пехоту, ликвидировать опасность обстрела города, порта и кораблей.

В ночь на 20 августа части 95-й стрелковой дивизии, выполняя приказ командующего, беспрепятственно отошли на оборонительный рубеж Палиово, Выгода, хутор Петровский. Стремясь не дать частям 95-й стрелковой дивизии закрепиться на занятом рубеже, противник сосредоточил на узком участке 3, 7-ю и 11-ю пехотные дивизии, танки и авиацию. 22 августа после ряда ожесточенных атак ему удалось немного потеснить правофланговые части западного сектора обороны, которые отошли к высотам 94,5, 87,9, 85,6, расположенным восточнее и юго-восточнее поселка Выгода. В последующие дни упорные бои здесь продолжались.

Обстановка на этом участке обороны накалилась до предела. Каждому из полков 95 сд приходилось сдерживать напор двух вражеских дивизий. Располагая огромным превосходством в силах, противник вел наступление перед всем фронтом дивизии днем и ночью. Наибольшую активность он проявлял в направлении железной дороги. На этом направлении командующий артиллерией 95 сд полковник Д. И. Пискунов сосредоточил огонь двух наших артиллерийских полков. 134-й артиллерийский полк имел свои огневые позиции севернее железной дороги за боевыми порядками пехоты, 57-й артиллерийский полк южнее железной дороги находился непосредственно в боевых порядках стрелковых частей. На этом же направлении действовал бронепоезд № 22, который периодически выдвигался к нашему переднему краю, обстреливал наступающие цепи противника беглым огнем и немедленно уходил назад. Помощь этого бронепоезда была неоценима.