Около месяца береговые батареи ТБУ вели огонь по противнику на северном берегу Днепро-Бугского лимана и надежно перекрывали вход в лиман. 31 августа немцы форсировали Днепр в районе Берислава и после сосредоточения сил на плацдарме развернули наступление в направлении Перекопа, а частью сил в направлениях Скадовска и Кинбурнской косы. 12 сентября противник взял Скадовск, в результате чего ТБУ был отрезан от основных сил. На следующий день все сухопутные части Дунайской флотилии были переданы в оперативное подчинение ТБУ, самой флотилии поставлена задача поддержать фланг со стороны Днепро-Бугского лимана. Отрезанные противником монитор «Мартынов» и четыре бронекатера, которые действовали выше по течению Днепра, пришлось взорвать 18 сентября. По мере продвижения противника часть сил флотилии начала действовать также в Ягорлыцком лимане, вела огонь по войскам противника. ТБУ подвергался сильным налетам авиации, доставалось и флотилии. 19 сентября был потоплен монитор «Ударный», 21 сентября – заградитель «Колхозник» и бронекатер.
Для усиления ПВО Тендры, а также конвоев на трассе Севастополь – Одесса 15 сентября Октябрьский приказал построить на косе посадочные площадки для истребителей. К 22 сентября первая из них (на шесть истребителей) была готова. Артиллерия ТБУ поддерживала огнем отходящие армейские части. 19 сентября Кузьмичев получил задачу эвакуировать острова Березань и Первомайский, но при всех условиях удерживать Тендру. Острова были эвакуированы 23 и 24 сентября соответственно бронекатерами Дунайской флотилии. В ночь на 25 сентября последние отрезанные части с материка, включая Кинбурнскую косу, переправились на Тендру, после чего немцы заняли остров Первомайский. После этого Дунайская флотилия была отведена с Тендры в Севастополь и затем отправлена в Керченский пролив, где уже находились части Азовской флотилии. Тот факт, что ее корабли и части удачно действовали в начале войны, заставил командование ЧФ сохранять ее даже в то время, когда необходимость в ее существовании отпала.
24 сентября вместо Кузьмичева, вернувшегося к своим штатным обязанностям, командиром ТБУ был назначен полковник И. Р. Хвескевич. После эвакуации 16 октября Одессы удержание Тендры потеряло прежний смысл, но нарком Кузнецов приказал ее удерживать в качестве пункта базирования авиации и легких сил, которым ставилась задача не допустить использование противником коммуникаций в северо-западном районе моря. С продвижением немцев к Севастополю положение ТБУ стало неустойчивым. Кроме того, оборона косы ослаблялась переброской зенитной артиллерии и войск для нужд Севастополя. В свою очередь, противник был заинтересован в скорейшем использовании Одессы и портов в Днепро-Бугском лимане для доставки снабжения войскам 11-й немецкой армии. 17 октября подразделения 50-й пехотной дивизии переправились на остров Джарылгач и после короткого боя заняли его. Под контролем ТБУ осталась только сама Тендровская коса, которую люфтваффе усиленно бомбили. 22 октября Октябрьский запросил у наркома разрешение эвакуировать косу и через два дня получил его. Эвакуация была проведена с 29 октября по 6 ноября. В ней участвовали, помимо мелких кораблей и судов, крейсера «Червона Украина» и «Красный Кавказ», а также эсминцы «Бодрый», «Бдительный» и «Шаумян».
ТБУ сыграл важную роль в обеспечении коммуникации Севастополь – Одесса. Кроме того, он отвлекал на себя часть и без того не слишком многочисленных сил люфтваффе на крымском направлении.
Оборона Крыма и Севастополя
Столкнувшись с серьезными потерями от ударов советской авиации по экономическим объектам на территории Румынии, германское командование было вынуждено скорректировать свои планы действий на южном крыле советско-германского фронта. 23 июля в дополнении к директиве ОКВ № 33 Гитлер указывал, что «первоочередной задачей основной массы пехотных дивизий [группы армий «Юг»] является овладение Украиной, Крымом и территорией России до Дона». В дополнениях к директиве № 34 от 12 августа 1941 г. он высказался более определенно: «Овладеть Крымом, который, будучи авиабазой противника, представляет особенно большую угрозу румынским нефтяным районам». 21 августа начальник штаба главного командования сухопутных войск вермахта (ОКХ) генерал Гальдер записал в свой военный дневник следующие указания Гитлера: «Важнейшей целью, которая должна быть достигнута еще до наступления зимы, является не захват Москвы, а: на юге – захват Крыма, индустриального и угольного Донецкого бассейна и нарушение подвоза русскими нефти с Кавказа; на севере – захват Ленинграда и соединение с финнами… Быстрый захват Крыма имеет наибольшее значение для надежного снабжения Германии нефтью, которое остается под угрозой, пока в Крыму находятся крупные воздушные силы русских».