Чтобы ликвидировать угрозу неожиданного удара врага с востока, командование Приморской армии вывело из своего резерва 1-ю кавдивизию и выдвинуло ее на рубеж Сербка – Благоево в 55–60 км севернее Одессы. Конники 5-го кавалерийского полка с ходу вступили в бой с частями 72-й немецкой пехотной дивизии в районе села Кубанка. В бою противник потерял около 200 человек убитыми, несколько орудий и минометов, около 50 автомашин с имуществом и боеприпасами. Оставив кавполк в Кубанке, 1-я кавдивизия форсированным маршем двинулась дальше на север и ночью сосредоточилась в районе села Капитановка. По планам командования Приморской армии советская кавалерийская дивизия должна была восстановить потерянный контакт с частями 9-й армии. Но конница, углублявшись далеко в степь – к Тилигульскому лиману, – сама рисковала оказаться отрезанной от Одессы.
На рубежи, которые остались незанятыми из-за отхода на восток 30-й стрелковой дивизии, были спешно направлены отдельные подразделения, объединенные в сводную группу войск. В нее вошли: 1-й полк морской пехоты – командир майор В.П. Морозов, которого через несколько дней сменил ветеран Гражданской войны полковник Я.И. Осипов, 26-й полк НКВД и находившийся в резерве армии 54-й стрелковый полк 25-й дивизии под командованием полковника И.И. Свидницкого. Командиром сводной группы назначили комбрига С.Ф. Монахова.
В Одессе и ее окрестностях было введено осадное положение. Приказ начальника гарнизона города Г.В. Жукова гласил:
"1. С 19.00 8 августа город Одесса с окрестностями объявляется на осадном положении.
2. Въезд гражданам в город без специальных пропусков, выдаваемых председателями райисполкомов, запрещается.
3. Во изменение приказа по гарнизону № 21 от 4.VIII. 41 г. движение граждан и всех видов гражданского транспорта с 20.00 до 6.00 запрещается. Возвращение с работы и следование по служебным делам в этот период разрешается лишь по специальным пропускам, выдаваемым комендантом гарнизона.
4. За всякие диверсионные вылазки (стрельба с чердаков, подача световых сигналов, работа радиопередатчиков) отвечают домовладельцы, управляющие домами и дворники.
5. За нарушение приказа виновные будут привлекаться к строжайшей ответственности по законам военного времени".
Истребительные батальоны и подразделения народного ополчения усилили охрану промышленных предприятий, объектов транспорта и связи, морского порта, источников водоснабжения, помогали поддерживать в городе строгий порядок военного времени.
9 августа на рассвете противник силами 72-й немецкой, 3-й и 7-й румынских пехотных дивизий и 1-й румынской кавбригады начал атаковать наши войска в разных пунктах, пытаясь нащупать наиболее слабые места складывавшейся обороны и параллельными ударами расчленить Приморскую армию.
В своих мемуарах начальник оперотдела 95-й стрелковой дивизии полковник В.П. Сахаров отмечал: "Весь день 9 августа шли упорные бои, и на правом фланге образовался опасный неприятельский клин: фашистские части продвинулись вперед на участке, где еще не успели занять оборону подразделения 90-го и 241-го полков. Утром 10-го мы начали по приказу командующего Приморской армией отход на рубеж Вандалинка – Бриновка – Новоселовка – станция Карпово, на котором со следующего дня стали отбивать все нараставшие по силе вражеские атаки…"
9 августа у Аджалыкского лимана, где советские части только осваивали рубежи обороны, было сброшено около роты немецких парашютистов в красноармейской форме. Парашютисты должны были подготовить быстрый прорыв войск противника на Одессу с востока. Но парашютистов быстро уничтожили оказавшиеся поблизости бойцы 1-й кавалерийской дивизии.
Особенно упорные бои велись в районе Жеребково – Кошары – Раздельная на рубеже обороны 95-й стрелковой дивизии, против которой действовали две вражеские дивизии. 7-я рота 241-го стрелкового полка встретила противника штыковой контратакой; в бою только один взвод этой роты уничтожил около ста захватчиков. Так же стойко держались и другие стрелковые подразделения дивизии. Пехоту надежно поддерживала дивизионная артиллерия; 57-й артполк под командованием майора A.B. Филипповича уничтожил до трех вражеских батальонов. В течение многих часов дивизия отражала непрерывные атаки врага.
Решительно и смело действовали артиллеристы подвижных батарей военно-морской базы, которые были направлены на поддержку частей 25-й стрелковой дивизии. 36-я подвижная батарея вступила в единоборство с дивизионом тяжелой артиллерии противника. Не успели вражеские артиллеристы изготовиться к открытию огня, как на них обрушились снаряды из советских орудий. В течение нескольких минут огнем подвижной батареи были выведены из строя 12 тяжелых пушек противника. За этот бой командир батареи лейтенант Д.П. Бойко был награжден орденом Ленина.
Однако к концу дня противнику на северо-восточном участке обороны удалось потеснить наши подразделения, овладеть районом Сербка – Белка и создать угрозу выхода своих частей в тыл Приморской армии. 4-й пехотный полк "Доробанць" разгромил советские войска в районе Бакалово, в то время как 30-й пехотный полк захватил деревню Понятовка. 7-я румынская пехотная дивизия заняла станцию Раздельную и плоскогорье в 6 км к югу от станции.
9 августа румынские части, захватив Любопыль, пытались продвинуться из захваченного ими накануне района Сербка – Белка дальше на юго-восток и прорваться к Черноморскому побережью. Части 72-й пехотной немецкой и 15-й пехотной румынской дивизий переправились через Тилигульский лиман по мосту в районе села Калиновка. Другая группа пошла по правому берегу лимана по участку, где не было советских войск, в результате чего создалась угроза выхода противника в тыл советским частям, занимавшим Александровку.
Отступая к одесским рубежам, 134-й гаубично-артиллерийский полк, открыв огонь по наседавшему противнику, остановил его продвижение у Севериновки. Ночью, пользуясь темнотой, войска группы комбрига Монахова оторвались от врага и отошли на новый рубеж, отведенный им приказом командования Приморской армии.
Летчики советского 69-го истребительного авиаполка за день произвели 68 самолето-вылетов, сбили 7 вражеских самолетов, обстреляли пулеметным огнем и реактивными снарядами пехоту, мотомехчасти и артиллерию противника на участке Сербка – Белка, где накануне прорвались вражеские войска.
Учитывая огромный перевес вражеских сил, а также то обстоятельство, что намеченный ранее рубеж обороны Одессы по линии Березовка – Катаржино – Раздельная и Кучурганский лиман был в инженерном отношении слабо оборудован, командование Приморской армии приняло решение с утра 10 августа отвести войска на новую линию и приказало: "Сводной группе комбрига Монахова занять рубеж Коблево – Визирка – Ильинка; 95-й Молдавской стрелковой дивизии – Старая Вандалиновка – Новоселовка – станция Карпово; 25-й Чапаевской стрелковой дивизии – Красная Вакуловка – Мангейм – Кагарлык – озеро Попово; восточный берег Днестровского лимана оборонять силами четырех рот 287-го полка 25-й дивизии и двух истребительных батальонов – Овидиопольского и Роксолянского".
10 августа в секторе 3-го румынского корпуса основные силы 7-й румынской пехотной дивизии достигли Эльзаса (ныне с. Щербанка – 18 км к югу от станции Раздельной), в то время как гвардейская дивизия достигла линии Страсбург (ныне село Кучурган) – Петро-Евдокеевка (возле села Новоукраинка). В секторе 5-го румынского корпуса 1-я броневая дивизия, быстро продвигаясь вперед, разбила дезорганизованные советские части в Большом Буялыке, на первой линии обороны Одессы. У сел Черногорка и Буялык произошло два ожесточенных боя, в ходе которых краснофлотцами (с помощью бутылок с зажигательной смесью) были подбиты три румынских танка.
Войска группы комбрига Монахова – 1-й полк морской пехоты, 26-й полк НКВД и 54-й стрелковый полк – до исхода дня сдерживали натиск частей противника, наступавших из района Сербка – Белка на юго-восток в направлении Буялык – Павлинка – Мариновка.
Группе комбрига Монахова не хватило сил удержаться на линии, включавшей в себя Тилигульский лиман – самый большой и глубокий из одесских лиманов после Днестровского. К 11 августа оборона опиралась уже на более западный Аджалыкский лиман, а дальше проходила через Булдинку, Свердлово, Ильинку, Чеботаревку и потом, удаляясь от города, через Александровку, Бриновку, Карпово, Беляевку к Днестровскому лиману.