Чтобы облегчить действия десанта и изготовившихся к наступлению войск Восточного сектора, авиация Черноморского флота в 4 часа утра 22 сентября нанесла бомбовые удары по резервам противника в районах Свердлово и Кубанки. В 7 часов утра она бомбила второй его эшелон у совхоза Ильичевка, Гильдендорфа, Александровки. В это же время истребительная авиация оборонительного района штурмовала вражеские аэродромы в районах Бадена и Зельц. Было уничтожено свыше 20 самолётов, много неприятельских летчиков. Особо отличились летчики 69-го полка майор Ю. Б. Рыкачев, старший лейтенант А. Т. Череватенко и другие.
В 7 часов 30 минут началась артподготовка, длившаяся до 8 часов утра.
В соответствии с общим планом контрудара основную роль в этой комбинированной операции должны были сыграть войска Восточного сектора. В 8 часов утра, после бомбовых ударов авиации и артиллерийской подготовки, части 421-й и 157-й стрелковых дивизий поднялись в атаку и начали продвигаться в общем направлении на Свердлово, Александровку, Гильдендорф. Среди бойцов царил небывалый подъем, вызванный переходом от изнурительных оборонительных боев к наступательным действиям.
421-я стрелковая дивизия наступала силами 1330-го и 54-го стрелковых полков (1331-й полк продолжал оборонять участок между Куяльницким и Хаджибейским лиманами). На её участке находилась группировка противника в составе 15-й пехотной дивизии, 1-й кавалерийской бригады и 13-го отдельного пулемётного батальона. Наши части продвигались в направлении совхоза имени Ворошилова, Александровки, Болгарки.
157-я стрелковая дивизия наступала пятью батальонами 716-го и 633-го стрелковых полков (3-й батальон 633-го полка прибыл в Одессу лишь утром 22 сентября л в этот день не смог принять участия в боях, а 384-й полк находился в армейском резерве). Дивизии противостояли 13-я румынская пехотная дивизия и отдельный пулемётный батальон. Главный удар 157-я стрелковая дивизия наносила на своем левом фланге в направлении Гильдендорфа и совхоза Ильичевка. Наступление обеих дивизий поддерживали танки, полевая и корабельная артиллерия.
Путь наступающим дивизиям преграждали вражеские дзоты, окопы, проволочные заграждения и приспособленные к обороне каменные дома. Противник оказывал ожесточенное сопротивление. Но ничто не могло сдержать наступательный порыв наших войск. Бойцы и командиры, проявляя исключительное мужество, неудержимо продвигались вперед.
Когда комиссар 1330-го полка 421-й дивизии В. И. Митраков был тяжело ранен, его заменил старший политрук И. Н. Демьянов. В самый напряженный момент боя он поднял бойцов в атаку.
Командир 1-й роты этого же полка лейтенант Семин с тремя бойцами огнём станкового пулемёта отразил контратаку превосходящих сил врага. Противник оставил на поле боя много убитых солдат и офицеров. Будучи дважды раненным, Семин продолжал вести роту в наступление. Вражеская мина оборвала жизнь героя. Бойцы поклялись жестоко отомстить врагу за смерть любимого командира.
Взвод 633-го стрелкового полка 157-й дивизии, которым командовал младший лейтенант И. Захаров, был встречен сильным ружейно-пулемётным огнём, но он не остановил советских воинов. Бойцы забросали гранатами противника и пошли в штыковую атаку. Сам Захаров метким броском гранаты уничтожил четырех и заколол штыком трех вражеских солдат. В ходе сражения он был ранен, но продолжал командовать взводом.
Красноармеец 633-го стрелкового полка комсомолец Архипов во время атаки оказался лицом к лицу с четырьмя солдатами противника. Последней гранатой он уничтожил их, но к нему бросились еще несколько вражеских солдат, которые стали окружать Архипова. Оставшись без патронов и гранат, отважный и находчивый боец не растерялся: выхватив из кармана пластмассовую мыльницу, он стал размахивать ею, словно готовясь к броску гранаты. Вражеские солдаты обратились в бегство, но были взяты в плен нашими бойцами, подоспевшими на помощь своему товарищу.
Неприятельские войска не смогли устоять перед сильным натиском наших дивизий, и вскоре их сопротивление было сломлено. Бросая на поле боя убитых и раненых, вооружение, боеприпасы, снаряжение, противник беспорядочно отступал в северном направлении.
К 10 часам утра 421-я дивизия вышла на рубеж: западная окраина Фонтанки, совхоз Ильичевка, шоссе Одесса — Николаев; к 13 часам 30 минутам части 157-й стрелковой дивизии овладели совхозом Ильичевка и Гильдендорфом. Дальнейшее продвижение частей дивизии, в связи с отставанием артиллерии, временно задержалось.
Во второй половине дня вражеское командование, опасаясь продолжения нашего наступления, стало спешно перебрасывать в район боев части, снятые с других участков фронта. Авиация противника со второй половины дня начала усиленную бомбардировку порта и кораблей, поддерживавших огнём артиллерии наступавшие войска OOP. Опомнившись, неприятель стал оказывать сильное сопротивление наступающим советским частям. Жаркий бой завязался у Чебанки. Неприятельские войска сильным артиллерийским и ружейно-пулемётным огнём пытались задержать продвижение десантников. Однако морские пехотинцы прокладывали себе путь вперед гранатами и штыковыми атаками. Враг не выдержал натиска моряков. Чебанка была освобождена. Пять часов длился бой за Новую Дофиновку. В итоге к 18 часам отчаянно сопротивлявшийся противник был выбит и из этого села.
Бой морских пехотинцев у Старой Дофиновки, сильно укрепленной противником, длился около шестнадцати часов. В этой ожесточенной схватке краснофлотцев воодушевлял своим примером комиссар полка — батальонный комиссар И. А. Слесарев, который в самые трудные моменты всегда был впереди, в наиболее опасном месте боя. Командир 3-го батальона старший лейтенант И. Ф. Матвиенко трижды был ранен осколками мин, но продолжал вести за собой десантников. Комсомолец Петренко, посланный в разведку, наткнулся на группу вражеских солдат. Он принял бой и стал поливать противника огнём из пулемёта. Когда наши подразделения, сломив сопротивление врага, подошли к Старой Дофиновке, они обнаружили невдалеке от села павшего героя Петренко. Рядом лежало около двадцати убитых вражеских солдат.
К вечеру 22 сентября 3-й полк морской пехоты вышел в район Чебанки, Старой и Новой Дофиновки, захватив две вражеские батареи, много пулемётов, миномётов и уничтожив более 400 неприятельских солдат и офицеров. В наших руках оказался весь восточный берег Большого Аджалыкского лимана.
В лощине, невдалеке от Чебанки, разведчики обнаружили четырехорудийную дальнобойную батарею, брошенную бежавшим противником. Стволы орудий были направлены в сторону Одессы. Нетрудно было догадаться, что именно из этой батареи враг обстреливал город. На щитах и стволах каждого из четырех орудий краснофлотцы написали мелом: «Больше стрелять по Одессе не будет». На следующий день жители Одессы восторженно приветствовали моряков, которые провезли захваченную вражескую батарею по улицам города.
Выполнила возложенные на неё задачи флотская артиллерия. Эсминцы «Бойкий», «Безупречный», «Беспощадный» и канонерская лодка «Красная Грузия» выпустили по врагу 3225 снарядов разных калибров. Корректировочные посты, высаженные на берег, обеспечили большую эффективность огня. Корабли подавляли очаги сопротивления противника, рассеивали скопления его живой силы и техники в районах Фонтанки, совхоза Ильичевка, Гильдендорфа.
Чтобы лишить советские войска поддержки с моря, неприятельское командование бросило против наших кораблей крупные силы авиации. Сначала девятка пикирующих бомбардировщиков Ю-87 внезапно атаковала на огневой позиции эскадренный миноносец «Безупречный». Искусно маневрируя и ведя сильный заградительный огонь, корабль избежал прямых попаданий (всего было сброшено из пике тридцать семь бомб), однако получил пробоину от близкого разрыва в воде. Машинное отделение оказалось затопленным, корабль лишился хода. Пришедший ему на помощь эсминец «Беспощадный» отбуксировал его в Одесский порт. Но когда «Беспощадный» вернулся на свою огневую позицию, он сам подвергся атаке двух десятков пикирующих бомбардировщиков. Командир корабля Г. П. Негода впоследствии вспоминал:
