Советский 69-й авиаполк за день 14 сентября произвел 59 самолето-вылетов, вел разведку, штурмовал пехоту противника. В одном из воздушных боев, сбив десятый самолет врага, погиб командир эскадрильи капитан М.Е. Асташкин. Ему было посмертно присвоено звание Героя Советского Союза.
14 сентября генерал И. Якобич отдает приказ 11-му армейскому корпусу и 21-й пехотной дивизии начать наступление на участке Дальник – Сухой лиман. Левый фланг 11-го армейского корпуса прикрывала специальная штурмовая группа, в которую вошли 21-й и 11-й штурмовой батальоны, 1-й немецкий штурмовой батальон и 1-й дивизион штурмовой артиллерии. Фронт Южного сектора отстоял от города значительно дальше фронтов других секторов и упирался в Днестровский лиман. Но местность, которую обороняли советские части, была очень открытая, степная, даже без лесопосадок. Уязвимы для вражеской авиации и артиллерии были и ведущие к фронту дороги. В течение дня 14 сентября положение в Южном секторе ухудшилось. Чтобы предупредить катастрофу, не допустить здесь прорыва главного рубежа обороны, оставался единственный выход: отвести левофланговые части этого сектора на восточный берег Сухого лимана, где заблаговременно был подготовлен новый оборонительный рубеж. Такое решение было принято командованием OOP в тот же день. Военный совет OOP единодушно пришел к выводу, что отступление от Днестровского лимана – единственная возможность удержать и укрепить фронт Южном секторе.
25-я стрелковая дивизия и 2-я кавдивизия отводились на рубеж западнее Дальника – Гросс-Либенталь. Противник ввел на этом направлении новую дивизию и, потеснив советские части, проник в район Гросс-Либенталь и к западному берегу Сухого лимана. Чтобы прикрыть это опасное направление, были выдвинуты два бронепоезда, сосредоточен армейский резерв, а в 25-ю стрелковую и 2-ю кавдивизию было направлено пополнение. Под руководством генерала Хренова начали устанавливать железобетонные огневые точки.
Оборона Одессы теряла значительные сельские территории района Овидиополь – Каролино-Бугаз, вместе с линей одноколейной железной дороги Бугаз – Татарка. Но вместе с тем полоса обороны 25-й стрелковой дивизии значительно сокращалась и появилась возможность уплотнить боевые порядки, сосредоточить на решающих участках больше артиллерийского и пулеметного огня, вывести один полк 25-й стрелковой в армейский резерв.
Усилению обороны на южном участке фронта способствовало и то, что передний край обороны теперь проходил по восточному берегу Сухого лимана, форсировать который с ходу румынским частям было трудно. К тому же, захватив район Овидиополя, румынские войска, что противостояли Южному сектору обороны, оказались на узкой, в 10–15 км, полоске суши, прижатыми к Днестровскому лиману, что снижало их маневренность. Румынскому командованию постоянно приходилось принимать во внимание потенциальную возможность прорыва советских войск южнее Беляевки с полным окружением румынских частей у Овидиополя и Каролино-Бугаза.
В то же время Н.И. Крылов замечал: "Но в оперативном отношении преимущества получал противник. Береговая линия нашего плацдарма суживалась до 30 километров. Это чрезвычайно ограничивало возможность маневрирования кораблей на подступах к Одессе и практически исключало возможность входа судов в порт в дневное время. Другое, не менее тяжелое последствие отхода левого крыла армии состояло в том, что после этого враг мог начать артиллерийский обстрел города также и с южной стороны. И наконец, сам факт значительного приближения фронта к городу еще на одном участке таил в себе опасность всяких неожиданностей и внезапных осложнений… За первые дни большого сентябрьского наступления противник успел нанести армии ощутимый урон. В батальонах 90-го стрелкового полка майора Белюги оставалось по 50–60 штыков. Почти такое же положение создалось в 287-м стрелковом, только недавно пополненном".
14–18 сентября были одними из самых критических дней в одесской обороне. Румынские войска очень быстро заняли западный берег Сухого лимана (дамба, соединяющая берега Сухого лимана, у моря была взорвана). Выйдя к Сухому лиману, враг начал обстреливать Одессу и с юга. Снаряды противника простреливали уже весь город и стали "накрывать" единственный аэродром 69-го истребительного авиаполка, район строящихся пирсов в Аркадии.
В ночь на 14 сентября Военный совет OOP послал телеграммы одинакового содержания Верховному главнокомандующему, наркому Военно-морского флота и Военному совету ЧФ. В них докладывалось о создавшемся под Одессой критическом положении и о том, что противник подводит к городу новые дивизии: "Противник получает пополнения, подбрасывает новые дивизии. Под давлением превосходящих сил противника создается опасность отхода наших частей на рубеж Гниляково – Дальник – Сухой лиман. Население, аэродромы, город, порт и корабли будут нести еще большие потери от артогня противника. Авиацию будем вынуждены перебазировать в Крым. Созданная из местных ресурсов 421-я стрелковая дивизия имеет недостаточное количество пулеметов, артиллерии. Остальные дивизии нуждаются в пополнении пулеметами и артиллерией. Все стрелковые части имеют 45 процентов недокомплекта в части начсостава. Полученные маршевые батальоны влиты в части полностью. За месяц обороны наши потери только ранеными 25 тысяч человек, за 12 сентября только раненых 1900 человек. Для обеспечения от прорыва и артобстрела аэродромов, города и порта срочно необходима одна стрелковая дивизия и дальнейшее пополнение маршевыми батальонами с вооружением".
Ответ из Москвы пришел меньше чем через сутки. Депеша, адресованная командованию оборонительного района, гласила: "Передайте просьбу Ставки Верховного Главнокомандования бойцам и командирам, защищающим Одессу, продержаться 6–7 дней, в течение которых они получат подмогу в виде авиации и вооруженного пополнения. И. Сталин".
По поводу ответа Сталина Н.И. Крылов позже заметит: "В дальнейшем ходе войны к войскам, в которых я служил, Верховное главнокомандование никогда не обращалось в такой форме. Ставка ничего не приказывала. Ставка просила…"
Уже через несколько часов после получения этой телеграммы Сталина стало известно, что обещанная подмога начнет прибывать раньше указанных сроков.
Утром 15 сентября противник возобновил наступление в Южном секторе, введя в бой новые резервы. Румынские войска стремились прорваться к селу Дальник. Здесь наряду с подразделениями 25-й Чапаевской и 2-й кавдивизий отличился только что прибывший на этот участок фронта милицейский отряд особого назначения. 15 сентября советские части пытались контратаковать у Дальника, но противник, используя танки, прорвал участок фронта в 7 км. Дабы остановить врага на этом участке, в прорыв были брошены все советские бронемашины из резерва и 69-й артиллерийский полк майора Лукянченко.
Советский 7-й кавполк, атакованный превосходящими силами неприятеля с фронта и фланга, в течение всего дня вел напряженный бой. В бою погиб командир полка майор Лебедев. К исходу дня полк вынужден был отойти, заняв рубеж в 2 км западнее Дальника. С исключительной стойкостью оборонял свой рубеж 31-й стрелковый полк, на участок которого враг направлял главный удар. Атаки противника на других участках Южного сектора были отражены. Овидиопольский и Беляевский истребительные батальоны, действовавшие ранее на отдельных участках Южного сектора как самостоятельные боевые единицы, 15 сентября были влиты в состав регулярных частей 25-й стрелковой дивизии.
В Западном секторе особенно ожесточенные бои развернулись на участке 90-го стрелкового полка, где непрерывно атаковала румынская пехотная дивизия. Огнем артиллерии, минометов, пулеметов атаки противника были отбиты, его пехота залегла и окопалась. В Восточном секторе неприятель особой активности не проявлял, продолжая проводить инженерные работы по укреплению своих позиций: на отдельных участках между лиманами появились проволочные заграждения. Артиллерия Восточного сектора, а также 1, 39 и 411-я береговые батареи вели огонь по скоплениям войск и артиллерийским батареям врага в районах Александровки, Гильдендорфа, Старой Дофиновки.
Чтобы ухудшить ориентировку румынской артиллерии, в одесском порту был взорван Воронцовский маяк. И хотя артиллерийский обстрел не прекратился, он стал менее прицельным.
Генштаб румынского командования определил, что новый главный удар будет осуществлен в районе Хаджибей– Сухой лиман тремя пехотными дивизиями и группами танков в общем направлении Вакаржаны – Дальник. Но, несмотря на это, атаки, осуществленные румынской армией на протяжении 17–21 сентября, так и не смогли приблизить румын к победе.