Город был превращен в военный лагерь. Улицы и площади покрылись баррикадами, противотанковыми «ежами», окопами. Был проведен дополнительный набор в народное ополчение. Это дало войскам почти 10-тысячное пополнение. Из 1-го полка морской пехоты, 26-го полка пограничных войск НКВД и ополченцев к концу августа была сформирована 461-я Одесская стрелковая дивизия, созданы отряды баррикадно-уличного боя, группы противовоздушной и противохимической защиты, санитарные дружины и посты.
Был организован сбор и ремонт старого, не вывезенного оборудования, остатков сырья и разных материалов, налажен ремонт и производство многих видов оружия и боевой техники. Заводы им. Январского восстания, им. Г. И. Петровского, им. М. И. Калинина, им. А. В. Хворостина, «Кинап» и другие изготовляли минометы и огнеметы, противотанковые и противопехотные мины, гранаты, бутылки с зажигательной жидкостью и запалы к ним, строили бронепоезда, легкие танки, ремонтировали оружие. Многие рабочие выполняли нормы на 200–300 %.
На протяжении всего периода обороны города одесский порт был главным объектом вражеских бомбардировок и артиллерийских обстрелов. Часто разрушались причалы, склады, выводились из строя краны и другие механизмы, портовые железнодорожные линии, но портовики быстро ликвидировали повреждения. Они отремонтировали и ввели в действие свыше 300 искалеченных врагом судов. Когда порт стал объектом прицельного огня врага, инженерные войска и рабочие за короткое время построили в Аркадии и на 16-й станции Большого фонтана новые пристани, недосягаемые для артобстрела.
Трудящиеся Одессы сражались с фашистами в рядах Красной Армии и народного ополчения. Из 21 700 коммунистов городской партийной организации к началу августа 1941 г. ушли на фронт свыше 12 тыс. человек, среди них большинство партийного актива города. Комсомольская организация дала фронту более 11 тыс. добровольцев, в том числе 3200 комсомолок. В первой половине августа на защиту Одессы стало 20 тыс. народных ополченцев и бойцов истребительных батальонов, а к концу месяца еще около 10 тыс. Все они влились в состав регулярных войск.
Защитники Одессы проявили исключительное мужество и массовый героизм. Роту морской пехоты капитана А. С. Ламзина окружил батальон противника, поддерживаемый артиллерией и тремя танками. Моряки в течение восьми часов сражались в окружении, уничтожили около 200 фашистов, подбили два танка и, прорвав решительной штыковой атакой вражеское кольцо, пробились к своей части.
Бойцы истребительного батальона принимают бронемашины. Одесса. Сентябрь 1941 г.
Рота бойцов младшего лейтенанта П. Н. Монайло вступила в неравный бой с батальоном фашистов и уничтожила свыше 350 вражеских солдат и офицеров. Значительную роль в этом бою сыграл орудийный расчет батареи коммуниста младшего лейтенанта К. Т. Лысого. Артиллеристы, заняв открытую позицию, прямой наводкой бронебойными снарядами уничтожили два вражеских танка, а затем картечью обстреляли пехоту противника. Храбро и умело сражались артиллеристы 36-й подвижной береговой батареи лейтенанта д. П. Бойко. Метким огнем в одном из боев они вывели из строя 12 вражеских орудий. Красноармеец X. Г. Мотаев во время одной из контратак огнем ручного пулемета истребил 31 фашиста. Пять разведчиков-комсомольцев во главе с младшим сержантом А. А. Нечипуренко разбили минометную батарею врага, захватили противотанковое орудие со снарядами и взяли в плен несколько десятков румынских солдат и офицеров.
В боях под Одессой отличились многие части и соединения. Это 25-я Чапаевская дивизия генерала И. Е. Петрова, 95-я стрелковая дивизия генерала В. Ф. Воробьева, 265-й артиллерийский полк майора Н. В. Богданова, 1-й полк морской пехоты полковника Я. И. Осипова, 26-й пограничный полк майора А. А. Маловского, 15-я отдельная бригада ПВО полковника И. Т. Шиленкова. Значительную помощь защитникам города оказывал 69-й авиационный полк майора Л. Л. Шестакова. Исключительным героизмом прославились командир этого полка и летчики-истребители А. В. Алелюхин, И. Г. Королев, А. А. Маланов, П. В. Полоз, Ю. Б. Рыкачев, Б. А. Серогодский, А. Т. Череватенко, все они были удостоены звания Героя Советского Союза.