С первых часов войны Черноморский флот стал готовиться к обороне. К 15 часам командование флотом перешло в бетонный бункер (флагманский командный пункт Черноморского флота, оборудованный в подземных помещениях у Каменной пристани Южной бухты).
Немедленно был организован поиск вражеских подводных лодок. В районе главной базы три пары гидросамолетов МБР-2 во взаимодействии с тремя ударно-поисковыми группами сторожевых катеров осуществляли его ежедневно. При входе на внутренний рейд базы четыре сторожевых катера вели круглосуточное визуальное наблюдение за перископами подводных лодок. Они же прослушивали район шумопеленгаторами. Кроме того, на внешнем рейде были выставлены противолодочные сигнальные сети. Вход на рейд в Северную бухту был защищен тремя линиями бонового заграждения, а для индивидуальной защиты линкора и крейсеров к утру 23 июня непосредственно в Северной бухте были поставлены противоторпедные сети. Воздушную разведку в районе главной базы осуществляли самолеты МБР-2. Над городом барражировали наши истребители.
Приказом адмирала Октябрьского командир Новороссийской военно-морской базы (ВМБ) обязан был производить два раза в сутки ближнюю воздушную разведку радиусом в 70 миль от базы и один раз в сутки дальнюю воздушную разведку до Синопа и Чива, однако не нарушая территориальных вод Турции. На командира Батумскои ВМБ возлагалась организация двукратной воздушной разведки до меридиана Трабзон, также без нарушения территориальных вод Турции.
На командование ВВС Черноморского флота было возложено осуществление дальней воздушной разведки: утром по маршруту Сулина — Констанца — Босфор — Зунгулдак, вечером — по маршруту Зунгулдак — Босфор. Воздушная разведка турецких и болгарских портов производилась скрытно, без залета в территориальные воды этих государств.
Вечером 12 подводных лодок вышли в море. Командование флотом выделило им 12 участков по всему побережью Черного моря. Но лишь три лодки «Щ-205», «Щ-206» и «Щ-209», отправленные к берегам Румынии и Болгарии, могли принести хоть какую-то пользу в войне с Германией и Румынией. Одна лодка была послана к турецкому порту Самсун, а остальные прикрывали подступы к Одессе, Севастополю, Керчи, Новороссийску и Батуми.
Уже 22 июня корабли Черноморского флота получили приказ начать минные постановки у всех наших военно-морских баз. Причем мины ставились по плану, утвержденному в первой половине 1941 г.
Утром 23 июня крейсера «Коминтерн», «Красный Кавказ» и «Червона Украина», минный заградитель «Островский», лидер «Харьков» и четыре новых эсминца — «Бойкий», «Безупречный», «Беспощадный» и «Смышленый» — начали ставить минные заграждения у берегов Севастополя. Всего было поставлено 609 мин и 185 минных защитников. Минные постановки в районе главной базы Черноморского флота продолжались и в дальнейшем. На следующий день крейсера «Красный Кавказ» и «Червона Украина», лидер «Харьков» и два эсминца продолжили постановку минного заграждения. Было выставлено 330 мин и 141 минный защитник.
Кроме того, минные заграждения были выставлены в районах Одессы, Керченского пролива, Новороссийска, Туапсе и Батуми. Всего с 23 июня по 21 июля для создания оборонительных минных заграждений было выставлено 7300 мин и 1378 минных защитников, то есть более 73% имевшихся на флоте морских якорных мин и более половины минных защитников.
Самолеты-разведчики доложили, что в Черном море обнаружено от 10 до 20 неприятельских подводных лодок. Узнав об этом, нарком ВМФ Н.Г. Кузнецов 7 июня приказал Военному Совету Черноморского флота выставить противолодочные сети в Керченском проливе для недопущения прохода подводных лодок в Азовское море. Замечу, что в Азовском море максимальная глубина всего 13 м.
Между тем вражеские лодки начали действовать. Уже 24 июня в 11ч. 30 мин. и в 13 ч. 20 мин. канонерская лодка «Красная Армения» была якобы дважды атакована подводной лодкой противника. 25 июня в 11 ч. 15 мин. у мыса Сарыч близ Севастополя заметили перископ подводной лодки. Почти одновременно пограничный малый охотник в районе реки Шохе (между Туапсе и Сочи) обнаружил и атаковал подводную лодку. В нескольких километрах другую подводную лодку заметили с наземного пограничного поста.
Наконец, 27 июня разведка Черноморского флота донесла, что через Босфор прошла большая эскадра противника, в составе которой были крейсера и линкоры. Штаб Дунайской военной флотилии сообщил, что из портов Болгарии и Румынии вышли в неизвестном направлении 37 транспортов с войсками. На аэродромах Бухареста воздушная разведка засекла «скопления шестимоторных транспортных самолетов для переброски парашютистов».