С утра 11 августа части Приморской армии продолжали укреплять новые оборонительные рубежи и одновременно отражали атаки неприятельских войск по всей линии фронта. Противник, рассчитывая прорвать оборону с ходу, силами 3-й и 7-й пехотных дивизий и 1-й кавбригады по трем направлениям вел наступление на позиции, занимаемые 95-й стрелковой дивизией: из Елизаветовки – на Бриновку, из Штерна – на Калиновку, из Калонтаевки – по железнодорожной линии Раздельная – Одесса.
Несмотря на значительное численное превосходство врага, наши части упорно удерживали свои позиции. На участке обороны 161-го стрелкового полка ощутимую поддержку пехоте оказали подразделения 57-го артполка. Огнем своих батарей они расстроили боевые порядки противника, наступавшего из колонии Штерн, и уничтожили более роты пехоты.
На участке одного из батальонов 241-го стрелкового полка (занимал северные скаты плато от Хаджибеевского лимана до железной дороги Одесса – Раздельная) создалось крайне опасное положение. Огромное напряжение всех физических и моральных сил дало возможность советским бойцам отбить вражеские атаки.
На левом фланге обороны три полка вражеской пехоты, поддержанные авиацией, артиллерией и танками, пытались прорвать линию Красная Вакуловка – Мангейм – Кагарлык – озеро Попово, которую обороняли два полка 25-й Чапаевской стрелковой дивизии – 31-й и 287-й. Особо упорный бой шел в районе села Красная Вакуловка, где противник, стремясь овладеть линией железной дороги станция Раздельная – Одесса, предпринял подряд десять атак.
На правом фланге противник, предприняв ряд ожесточенных атак, пытался прорваться к Одессе с северо-востока. Сильной атаке подвергся 26-й полк НКВД, занявший рубеж обороны между Аджалыкским лиманом и железнодорожной линией Одесса – Вознесенск, а также батальон ополчения Ильичевского района Одессы, что окопался у железнодорожных путей на Вознесенск. На их позиции наступали несколько полков неприятельской пехоты, поддержанной десятью танками. Позже немецкие пленные укажут, что на этом участке в наступлении принимал участие и немецкий батальон (очевидно, 72-й пехотной дивизии вермахта), который почти полностью погиб в боях 11–14 августа. 26-й полк НКВД только за 11 августа отбил четыре вражеские атаки. Пушки полковой батареи подбили два танка, заставив восемь других танков повернуть. Постоянный дождь и размытая дорога не дали противнику форсировать наступление.
Танки 1-го танкового полка румынской танковой дивизии, наступая 11–12 августа севернее Гильдендорфа и в районе Булдынки, не смогли прорвать советскую оборону, но понесли значительные потери – 13 танков было выведено из строя. После подобного "конфуза" танковый полк противника был перекинут на другой участок – под станцию Карпово, а в районе Восточного сектора у румынских войск осталось только около десяти танкеток R-1.
По воспоминаниям начштаба 26-го полка майора М.Г. Кудряшева, участок, удерживавшийся полком (14 км), "был трудный для обороны из-за плохого обзора переднего края, который закрывали поля кукурузы и подсолнечника".
Как вспоминал участник боя капитан А. Шейкин, на отдельных участках правого фланга фронта образовались прогалины в 700–800 м: "Путь к Одессе открыт, и некому преградить. Указаний и помощи от комполка почему-то нет, связные не возвращаются".
11 августа батальон Ильичевского района, занимавший оборону у железной дороги на Вознесенск (между полком НКВД и 54-м стрелковым полком), выбил из окопов румынскую часть. Бойцы в сумерках подползли к неприятельским позициям по неубранному пшеничному полю и, внезапно появившись перед окопами, забросали врага гранатами. В результате длительного ожесточенного боя правофланговые части Приморской армии (Восточный сектор обороны) вынуждены были отойти на новый рубеж: Григорьевка – Булдынка – южная окраина Свердлова – поселок Шевченко – Ильинка – Чеботаревка.
В ночь на 12-е на советские штабные линии связи начали поступать сбивчивые телефонные доклады о высадке в разных местах парашютных десантов. Были приняты меры, подняты истребительные батальоны, но парашютистов нигде не обнаружили. Так вражеские агенты, подключившись к линиям связи, пытались вызвать панику в войсках и городе.
12 августа румынский Генштаб издал приказ № 934, в котором определил задачи румынской армии по взятию Одессы "с ходу", согласно которому предписывалось создавать шутрмовые батальоны и мощные группировки тяжелой артиллерии в 3-м армейском корпусе на главных направлениях удара.
12 августа натиск румынских войск на оба фланга обороны Одессы и на центральном – западном – направлении не ослабевал. На правом фланге наиболее серьезные испытания выпали на долю 1-го полка морской пехоты, оборонявшего рубеж между Аджалыкским и Большим Аджалыкским лиманами. Его позиции в районе села Булдынка после артиллерийского и минометного обстрела атаковала вражеская пехота в сопровождении 6 танков. Морские пехотинцы встретили врага ружейно-пулеметным огнем и бутылками с горючей смесью. Их поддерживали артиллерийским огнем находившаяся неподалеку, в селе Чебанка, 412-я береговая батарея и канонерская лодка "Красная Армения".
12–13 августа не прекращались ожесточенные бои на фронте 26-го полка НКВД. Румынские части несколько раз прорывали оборону полка, но штыковыми атаками фронт быстро восстанавливался. За первые дни боев, только на фронте этого полка, погибло до 400 советских солдат и офицеров. Бои начались и у села Гильдендорф на восточном берегу Куяльницкого лимана, который обороняли части 54-го стрелкового полка и артиллеристы 134-го артиллерийско-гаубичного полка.
Части 72-й немецкой пехотной дивизии после двухчасовой артиллерийской подготовки пытались прорваться в район Кошары – Сычавка к востоку от Одессы. На помощь нашим наземным частям, оборонявшим Одессу, пришла морская артиллерия. Впервые с начала войны (если не считать действий Дунайской военной флотилии) корабли непосредственно поддерживали своей артиллерией сухопутные войска. Крейсер "Красный Крым", эсминцы "Фрунзе", "Дзержинский", "Шаумян", "Незаможник" и канонерская лодка "Красный Аджаристан", выйдя в район Григорьевки, вместе с береговыми батареями открыли огонь по врагу, подбив 12 танков (по советским данным) и уничтожив до двух рот неприятельской пехоты. Вскоре 72-я немецкая пехотная дивизия была выведена во второй эшелон и непосредственно в боях под Одессой не участвовала.
Силы наступавших в три-четыре раза превосходили силы оборонявшихся, над фронтом нависла угроза прорыва… В критический момент на позиции батальона, где враг особенно наседал, прибыл старший политрук В.А. Мартынов с пятнадцатью матросами из резерва, и они смогли переломить ход боя.
Незадолго до начала боев морских пехотинцев посетил генерал Хренов. Он вспоминал: "У моряков не было навыков земляных работ, да они и не видели особого смысла в таких работах, полагая, что храброму незачем прятаться от пуль и снарядов. Штаб полка расположился в посадке, в неглубоком окопчике. Все его оборудование состояло из двух телефонных аппаратов. В батальонах было еще хуже. А между тем обстановка требовала срочно создавать ячейки, пулеметные и минометные позиции, ходы сообщения, заграждения… В полк Осипова были срочно направлены армейские командиры, которые в ходе боев организовали инженерную подготовку краснофлотцев". Взводами у моряков командовали корабельные старшины, которые были совершенно не знакомы с сухопутной тактикой и только учились этому в боях.
Надо добавить, что инженерные части срочно выделили для моряков шанцевый инструмент, колья, колючую проволоку… Бойцы морского полка в августе "щеголяли" в морском обмундировании, в бескозырках, не надевали касок и защитной формы. "Черные брюки краснофлотцев посерели от степной пыли. Морская форма – не для окопов. И вероятно, есть напрасные потери от этого: человек в темном отчетливо виден издалека", – вспоминал очевидец событий.
Но самые большие опасения вызывал "снарядный голод". При налете вражеской авиации армия потеряла несколько десятков вагонов снарядов, стоявших под разгрузкой на станции Застава. К 16 августа были учтены все запасы и выяснилось, что снарядов хватит на лишь на два-три дня и то если резко ограничить расход боеприпасов. Ограничение на расходование боеприпасов действовало до конца августа, пока не наладилось регулярное снабжение армии судами ЧФ. Так же остро до конца августа 1941-го стоял вопрос с вооружением – у новобранцев и ополченцев не было даже винтовок…
В первые дни обороны выявились и другие серьезные проблемы. Среди некоторых солдат Приморской армии, еще с июльских боев, утвердилась "танкобоязнь"; многие солдаты не умели и боялись пользоваться минометами… Командованию пришлось срочно ввести практические занятия по борьбе с танками и занятия по основам минометной стрельбы.