В 20-х числах августа стали сказываться последствия захвата противником станции водоснабжения Одессы. В приказе Г.В. Жукова № 2 по OOP указывалось, что солдаты, за недостатком пресной воды, должны использовать для приготовления пищи, питья и технических целей морскую воду. Для поварских нужд воду требовалось "приготавливать" таким способом – на 1 литр морской воды добавлять 5 граммов питьевой соды, кипятить 20 минут, после удалять осадок. "Для питья" – смешивать 50 на 50 морскую и пресную воду, отстаивать до 5 дней и добавлять 2 таблетки патоцида (обеззараживателя) на литр смешанной воды.
Опасно для обороны Одессы складывалась ситуация в Южном секторе на участке 25-й стрелковой дивизии. Сказалась, среди прочего, несогласованность командования и огромные потери.
Так, в 287-м полку дивизии осталось по 25–30 бойцов в роте, за сутки в госпитали поступило до 2 тыс. раненых бойцов 25-й стрелковой дивизии.
На помощь частям 25-й стрелковой дивизии под Беляевку, в прорыв, был спешно кинут последний резерв – 1-я кавдивизия Петрова (3, 5, 7-й кавполки), которые до этого неделю перебывали в лагерях в Лузановке. Вечером 20-го советские кавалеристы приняли на себя основной удар, захватив 70 румынских пленных.
Но противник прорвал фронт на участке Кагарлык, продолжал наступление на хутор Карсталь. Возникла угроза окружения отдельных подразделений. Командующий OOP Г.В. Жуков отдал приказ об отступлении, даже не поставив в известность своего заместителя по сухопутной обороне командующего Приморской армией Г.В. Софронова. Для 95-й стрелковой дивизии это означало оставление позиций, которые она защитила в упорных, кровавых боях последних десяти дней. Комдив 95-й генерал Воробьев вместе с Г.П. Софроновым пытался возражать против этого отхода. Но Г.П. Жуков не прислушался к их мнению.
В итоге 95-я стрелковая дивизия, не сумев оторваться от противника, отошла на новый рубеж: Палиево – Выгода– Петровский – северо-восточнее Карсталь. Основную группировку дивизии было приказано держать севернее и южнее железной дороги, удерживая район Выгода.
Командир 25-й стрелковой дивизией А.Ф. Захарченко пытался доказать, что отступление нецелесообразно, что созданная на старых рубежах система обороны позволит удержать противника. В ответ Г.В. Жуков пригрозил полковнику трибуналом. Тому не оставалось ничего другого, как выполнять приказ… Не подготовив новых рубежей, комдив 25-й приказал своим частям отходить, но они никак не могли оторваться от противника.
Из-за хаоса во время ночного отхода пехотные части перемешались с кавалерийскими, управление войсками было потеряно, а части дивизии не смогли занять для обороны указанные рубежи и откатились к Одессе. Дивизия отошла несколько дальше – восточнее указанной ей линии обороны на линию Красный Переселенец – южная окраина Фрейденталя – Ильичевка – Юзефсталь. Генерал Г.П. Софронов в своем дневнике запишет: "По вопросам организации получается неразбериха".
После неудачи под Кагарлыком полковник A.C. Захарченко был освобожден от должности командира 25-й стрелковой дивизии и переведен на штабную работу в Восточном секторе. Г.П. Софронов был недоволен отставкой A.C. Захарченко, считая эту отставку покушением на свои права как командарма. Он запишет в дневнике: "Все командиры дивизий – мои выдвиженцы", читай – "креатура командарма". Командиром 25-й стрелковой дивизии и начальником Южного сектора был назначен генерал-майор И.Е. Петров (с 22 августа приступил к своим обязанностям), до того командовавший 1-й кавдивизией. Кавдивизию временно возглавил ее начальник штаба полковник П.Л. Рябченко. Но она полностью не вышла из подчинения генерала Петрова: для восстановления положения в Южном секторе под его командованием объединялись обе эти дивизии с добавлением одного стрелкового полка из 95-й стрелковой дивизии. На И.Е. Петрова была возложена ответственность за весь левый фланг обороны.
В связи с отходом войск на новые рубежи командование OOP потребовало от руководства инженерными частями и местных советских органов ускорить строительство оборонительных сооружений на ближних подступах к городу. Было дано указание: вместо противотанковых рвов ставить оплетенные проволокой надолбы, с тем чтобы в кратчайший срок создать эффективные противотанковые и противопехотные препятствия.
Первый опыт нового командования сухопутными войсками морских начальников оказался неудачным. Впрочем, как заметил Н.И. Крылов, "здравый смысл удержал Г.В. Жукова от опасной в тогдашней обстановке ломки сложившейся системы управления войсками. Перестраивать ее было не время. Если в создавшихся условиях имело смысл подчинить флоту слаженную армию, то подчинение морскому командованию отдельных дивизий и полков никак бы себя не оправдало".
На 20 августа протяженность фронта одесской обороны составляла более 80 км. В частях, державших этот фронт, насчитывалось 34 500 бойцов и командиров. Из них автоматами были вооружены только 660 человек, полуавтоматическими винтовками – 2450. Станковых пулеметов имелось 418, ручных – 703. Действующих на позициях танков числилось два, исправных самолетов – 19. В эти дни продолжались кровавые бои на высоте 110, где румынский 9-й пехотный полк "Доробанць" понес серьезные потери – 126 убитых и 250 раненых. На правом фланге румынские войска снова атаковали позиции 1-го полка морской пехоты и присланного на помощь 150-го батальона связи ТУРа, усилив свою наступающую пехоту несколькими кавалерийскими эскадронами и танками. 19 августа, после полудня, им удалось захватить Шицли и Старую Дофиновку и развить дальнейшее продвижение из этих пунктов по направлению к приморским селам Чебанка и Новая Дофиновка. Завязался ожесточенный бой, переходивший местами в рукопашные схватки. Полк морской пехоты понес значительные потери – до 200 бойцов убитыми и ранеными. Румынские войска предприняли атаку западнее села Шицли. Несмотря на успешную стрельбу батареи Вербицкого, подбившую три танка противника, румынские войска прорвали оборону 1-го морского полка и 150-го батальона связи, выйдя им в тылы. Один батальон полка, где погиб комбат, заняв круговую оборону, был прижат к Большому Аджалыкскому лиману у Старой Дофиновки, сумев по лиману переправить своих раненых. Другой батальон был прижат к берегу моря у Чебанки…
Командование Приморской армии ожидало, что первые удары противник нанесет в лоб с севера – между Днестровским и Хаджибеевским лиманами, поэтому создало там вдвое большую плотность артиллерии, чем на восточном направлении – между Куяльницким и Аджалыкским лиманами. Здесь единственным полевым артполком был 134-й гаубичный, который поделили по батареям между стрелковыми частями. Такое положение делало восточное направление очень опасным…
Артиллерийская поддержка советского полка огнем канонерской лодки "Красный Аджаристан", лидера "Ташкент", эсминцев "Бодрый", "Безупречный" помогала обороняющимся, но не могла изменить исход боя.
20 августа на помощь разбитому полку морпехов Осипова, что едва сдерживал наступление румынских частей и отдельных немецких взводов, был направлен спешно сформированный новый отдельный мотострелковый батальон из пограничников капитана Шейкина, усиленный артиллерийской батареей. А. Шейкин вспоминал, что у Старой Дофиновки, где держали оборону части 1-го морского полка, царил хаос и паника: "Командиры задерживают и убивают бегущих бойцов. За стеной дома кирпичного завода стояли Осипов и его комиссар, оба бледные и нервные. Какой-то подполковник, по-видимому из моряков, размахивал пулеметом, истерически кричал… Я не верил своим глазам, видя эту страшную катастрофу… Ретивые комендоры безжалостно расстреливали своих бегущих моряков-одиночек и группы, в стороне, в овраге. Далее я терпеть не мог, крикнул во всю мочь: "Приостановите безумие, или я применю свою силу…"
Н.И. Крылов, рассказывая в своих мемуарах о командире полка морпехов Якове Ивановиче Осипове, замечает, что он еще в начале войны был морским интендантом 1-го ранга, возглавлявшим службу тыла Одесской базы: "Образования военного, правда, не получил… Осипову около пятидесяти. Голос глуховатый, лицо в резких, глубоких морщинах. Но фигура стройная, подтянутая".