Был организован сбор и ремонт старого, не вывезенного оборудования, остатков сырья и разных материалов, налажен ремонт и производство многих видов оружия и боевой техники. Заводы им. Январского восстания, им. Г. И. Петровского, им. М. И. Калинина, им. А. В. Хворостина, «Кинап» и другие изготовляли минометы и огнеметы, противотанковые и противопехотные мины, гранаты, бутылки с зажигательной жидкостью и запалы к ним, строили бронепоезда, легкие танки, ремонтировали оружие. Многие рабочие выполняли нормы на 200–300 %.
На протяжении всего периода обороны города одесский порт был главным объектом вражеских бомбардировок и артиллерийских обстрелов. Часто разрушались причалы, склады, выводились из строя краны и другие механизмы, портовые железнодорожные линии, но портовики быстро ликвидировали повреждения. Они отремонтировали и ввели в действие свыше 300 искалеченных врагом судов. Когда порт стал объектом прицельного огня врага, инженерные войска и рабочие за короткое время построили в Аркадии и на 16-й станции Большого фонтана новые пристани, недосягаемые для артобстрела.
Трудящиеся Одессы сражались с фашистами в рядах Красной Армии и народного ополчения. Из 21 700 коммунистов городской партийной организации к началу августа 1941 г. ушли на фронт свыше 12 тыс. человек, среди них большинство партийного актива города. Комсомольская организация дала фронту более 11 тыс. добровольцев, в том числе 3200 комсомолок. В первой половине августа на защиту Одессы стало 20 тыс. народных ополченцев и бойцов истребительных батальонов, а к концу месяца еще около 10 тыс. Все они влились в состав регулярных войск.
Защитники Одессы проявили исключительное мужество и массовый героизм. Роту морской пехоты капитана А. С. Ламзина окружил батальон противника, поддерживаемый артиллерией и тремя танками. Моряки в течение восьми часов сражались в окружении, уничтожили около 200 фашистов, подбили два танка и, прорвав решительной штыковой атакой вражеское кольцо, пробились к своей части.
Бойцы истребительного батальона принимают бронемашины. Одесса. Сентябрь 1941 г.
Рота бойцов младшего лейтенанта П. Н. Монайло вступила в неравный бой с батальоном фашистов и уничтожила свыше 350 вражеских солдат и офицеров. Значительную роль в этом бою сыграл орудийный расчет батареи коммуниста младшего лейтенанта К. Т. Лысого. Артиллеристы, заняв открытую позицию, прямой наводкой бронебойными снарядами уничтожили два вражеских танка, а затем картечью обстреляли пехоту противника. Храбро и умело сражались артиллеристы 36-й подвижной береговой батареи лейтенанта д. П. Бойко. Метким огнем в одном из боев они вывели из строя 12 вражеских орудий. Красноармеец X. Г. Мотаев во время одной из контратак огнем ручного пулемета истребил 31 фашиста. Пять разведчиков-комсомольцев во главе с младшим сержантом А. А. Нечипуренко разбили минометную батарею врага, захватили противотанковое орудие со снарядами и взяли в плен несколько десятков румынских солдат и офицеров.
В боях под Одессой отличились многие части и соединения. Это 25-я Чапаевская дивизия генерала И. Е. Петрова, 95-я стрелковая дивизия генерала В. Ф. Воробьева, 265-й артиллерийский полк майора Н. В. Богданова, 1-й полк морской пехоты полковника Я. И. Осипова, 26-й пограничный полк майора А. А. Маловского, 15-я отдельная бригада ПВО полковника И. Т. Шиленкова. Значительную помощь защитникам города оказывал 69-й авиационный полк майора Л. Л. Шестакова. Исключительным героизмом прославились командир этого полка и летчики-истребители А. В. Алелюхин, И. Г. Королев, А. А. Маланов, П. В. Полоз, Ю. Б. Рыкачев, Б. А. Серогодский, А. Т. Череватенко, все они были удостоены звания Героя Советского Союза.
Советские люди помнят имена одесских женщин, отважно сражавшихся с врагом. Пулеметчица Нина Онилова уничтожила во время обороны Одессы и Севастополя свыше 500 вражеских солдат и офицеров. На счету прославленного снайпера Людмилы Павличенко 187 фашистов, убитых только под Одессой.
На протяжении первой декады сентября в отдельных наших полках число бойцов не превышало 170–300 человек. Местные людские резервы были исчерпаны. Ставка Верховного Главнокомандования за время с 5 по 12 сентября направила в Одессу 15 маршевых батальонов общей численностью 15 198 человек.
13 сентября фашисты вновь перешли в генеральное наступление. 18 сентября в Одессу прибыла на кораблях из Новороссийска 157-я Кубанская стрелковая дивизия полковника Д. И. Томилова, было доставлено сюда 70 орудий, 15 танков, 81 автомашина, а через несколько дней подошел дивизион реактивных минометов («катюш»).
Преодолевая огромные трудности, обходя минные заграждения, отбивая атаки подводных лодок и фашистских воздушных пиратов, в Одессу из крымских и кавказских портов шли транспорты с людскими резервами, боевой техникой и продовольствием.
Врагу был нанесен сильный контрудар в восточном секторе обороны. Начался он в ночь на 22 сентября высадкой десанта морской пехоты в районе с. Григорьевка. В 8 часов утра после артподготовки перешли в наступление 157-я и 421-я стрелковые дивизии, которые к концу дня 22 сентября освободили хутор Шевченко, села Ильичевка, Гильдендорф (ныне — Красноселка) и соединились в районе Алоксандровки с десантниками, которые к тому времени овладели Чабанкой, Старой и Новой Дофиновками. Наземным войскам оказали большую помощь огнем своих орудий корабли Черноморского флота. Так советские войска разгромили пополненные перед тем 13-ю и 115-ю румынские пехотные дивизии. Противник был отброшен от Одессы на 5—10 км на северо-восток. Город, порт и корабли Черноморского флота стали недосягаемыми для огня вражеской артиллерии с востока. Фашисты потеряли около 6 тыс. солдат и офицеров. Защитники Одессы захватили 33 орудия, шесть танков, 2 тыс. винтовок, 110 пулеметов, 15 тыс. мин и много боеприпасов. К концу сентября 1941 г. оборона Одессы настолько укрепилась, что враг вынужден был временно отказаться от значительных наступательных действий.
Защитники Одессы были полны решимости продолжать борьбу. Но к тому времени резко ухудшилось положение советских войск в Крыму. В связи с этим Ставка Верховного Главнокомандования 30 сентября 1941 г. издала директиву об эвакуации войск Одесского оборонительного района, чтобы ими усилить оборону Крымского полуострова.
В целях дезориентации противника относительно начала эвакуации и срыва его нового наступления части 25-й стрелковой и 2-й кавалерийской дивизий 2 октября нанесли удар в южном секторе обороны. Второй удар других частей этих дивизий был предпринят после того, как враг заподозрил эвакуацию. Перейдя в наступление 9— 10 октября на юго-западе, они разгромили 10-ю румынскую дивизию и ликвидировали прорыв в районе с. Татарки (ныне — Прилиманское).
Успешные атаки советских войск дезориентировали противника. Данные его разведки о подготовке эвакуации Одессы были поставлены под сомнение, и враг с 12 октября временно прекратил атаки. Этому способствовало также проведение других мероприятий, в частности изданные специально приказы о подготовке обороны Одессы в зимних условиях.
Одновременно ускоренными темпами готовилась эвакуация. Предполагалось в ночь на 16 октября, под прикрытием арьергардов, отвести с фронта все силы, посадить их с марша на корабли и немедленно выйти в море. Почти всю ночь на 16 октября авиация и артиллерия противника обстреливали передний край нашей обороны, но войск там уже не было. К третьему часу ночи главные силы закончили посадку на корабли и вышли в море. Последние транспорты с отрядами прикрытия и командованием Одесского оборонительного района отошли от причалов после того, как была взорвана береговая артиллерия.
С 1 по 16 октября из Одессы в Крым и на Кавказ было переправлено около 86 тыс. бойцов и командиров Отдельной Приморской армии и военно-морской базы, 15 тыс. человек гражданского населения, 462 орудия, 24 танка и танкетки, 16 бронемашин, 1158 автомашин, 500 автомобильных моторов и разное оборудование заводов и порта. Для эвакуации были использованы 24 транспорта водоизмещением 159 тыс. т, которые сделали 51 рейс, и 23 военных корабля, совершивших 33 рейса. Черноморский флот успешно справился с тяжелым и ответственным заданием.
Оборона Одессы сыграла важную роль в срыве планов «молниеносной» войны фашистов. Как признавали гитлеровские генералы, они смогли воспользоваться одесским портом и узлом железных дорог на два месяца позже, чем предполагалось планом. А это задерживало их продвижение в Крым и на Донбасс. Под Одессой утратила боеспособность и была отведена в глубокий тыл на переформирование 4-я румынская армия. Убитыми, ранеными и пленными враг потерял на Одесском направлении до 160 тыс. человек. Советские войска уничтожили 167 вражеских самолетов, много танков, орудий и другого вооружения.
Морально-политическое значение героической обороны Одессы было огромно. Советский народ, все прогрессивное человечество преклонялись перед героизмом ее защитников. Боевые действия войск, защищавших Одессу, отличались стойкостью и мужеством. 62 участникам обороны Одессы было присвоено звание Героя Советского Союза, тысячи других награждены орденами и медалями.