5 августа 1941 года началась оборона города Одессы, продолжавшаяся до 16 октября.
Оборона осуществлялась войсками Отдельной Приморской армии (командование – генерал-лейтенант Г. П. Сафронов, с 5 октября – генерал-майор И. Е. Петров), силами и средствами Одесской военно-морской базы (командир контр-адмирал Г. В. Жуков) и Черноморского флота (командование вице-адмирал Ф. С. Октябрьский) при активном участии населения города. Им противостояли войска 4-й румынской армии (командование генерала Николае Чуперка); помощь румынам оказывали отдельные немецкие подразделения. 8 августа было объявлено об осадном положении Одессы. До 10 августа войска Приморской армии вели бои на дальних подступах к Одессе, а затем отошли на передовой рубеж обороны города. 13 августа румыно-немецкие войска вышли к Чёрному морю восточнее Одессы и полностью блокировали Одессу с суши, окончательно отрезав её от войск Южного фронта. Снабжение города осуществлялось транспортными судами и боевыми кораблями Черноморского флота. Последние также поддерживали оборону огнём своих орудий.
Ставкой была отдана директива об организации Одесского оборонительного района (ООР). Командующим районом с непосредственным подчинением командующему Черноморским флотом был назначен контр-адмирал Жуков. На протяжении всей обороны Верховное Главнокомандование и командование Черноморским флотом помогало городу личным составом, вооружением, боевой техникой, боеприпасами, горюче-смазочными материалами и продовольствием. В конце августа в ряды защитников города влились шесть отрядов моряков-добровольцев, общей численностью 2400 человек. Сравнительно небольшим силам обороняющихся удалось отражать удары значительно превосходящих сил 4-й румынской армии. Во второй половине сентября в город была переброшена кадровая 157-я стрелковая дивизия из Новороссийска общей численностью 12 600 человек под командованием полковника Д. И. Томилова.
Прибывшее пополнение из резерва Ставки и силы обороны Приморской армии укрепили позиции в Южном секторе ООР, что позволило приступить к подготовке контрудара в Восточном секторе с тем, чтобы избавить город и порт с ведущими к нему фарватерами от артиллерийских обстрелов с северо-востока. В результате операции по выброске и высадке воздушного и морского Григорьевского десанта в восточном секторе обороны и освобождения Чабанки, Старой и Новой Дофиновки, с 24 сентября положение на фронте стабилизировалось. Был прекращен обстрел порта и акватории. Штаб Одесского Оборонительного района приступил к разработке плана подготовки войск к длительной обороне в связи с приближением зимы. Но по стратегическим соображениям было решено эвакуировать войска Одесского Оборонительного района на Крымский полуостров (что и было сделано до 16 октября 1941 года).