В подавляющем большинстве истребители были представлены старыми машинами типа И-16. Лишь перед самой войной авиация Черноморского флота получила новые истребители: шестнадцать МиГ-3 и семь Як-1.
ВВС Черноморского флота состояли из 63-й бомбардировочной авиабригады (40-й бомбардировочный авиаполк, 2-й минно-торпедный авиаполк, две отдельные бомбардировочные эскадрильи), 62-й истребительной авиабригады (8-й, 9-й и 32-й истребительные авиаполки), трех отдельных истребительных авиаэскадрилий, морского разведывательного авиаполка, пяти отдельных морских разведывательных авиаэскадрилий и отдельного морского авиаотряда.
Командованию Черноморского флота подчинялась Дунайская речная флотилия, созданная летом 1940 г. в дельте Дуная после занятия советскими войсками Бессарабии. К 22 июня 1941 г. в состав флотилии входили пять мониторов («Ударный», «Железняков», «Ростовцев», «Мартынов», «Жемчужин»), две канонерские лодки («Буг» и «Днестр»), 22 бронекатера прожекта 1125, семь катеров-тральщиков, отряд глиссеров и несколько вспомогательных судов.
Помимо того, в состав Дунайской флотилии входили 96-я отдельная авиаэскадрилья (шесть истребителей И-154 и восемь истребителей И-15), зенитные и береговые артиллерийские батареи, стрелковая и пулеметная роты. С началом войны флотилии был придан 4-й Черноморский отряд погрансудов НКВД (четыре пограничных сторожевых катера типа «МО» и несколько малых катеров других типов).
Корабли флотилии базировались на порты левого берега Дуная: Измаил (главная база), Рени, Килия, Вилков. Все базы просматривались с противоположного румынского берега, что затрудняло скрытную перегруппировку сил и средств.
К 22 июня Черноморский флот располагал довольно приличной системой береговой обороны. Естественно, лучше всего была защищена главная база флота. С двух сторон (у деревни Любимовка и у мыса Херсонес) район Севастополя прикрывали две мощные башенные 305-мм батареи (№ 30 и № 35). В каждой батарее было по четыре орудия в двух башнях.
Остальные орудия стояли открыто (или с коробчатыми щитами) в бетонированных орудийных двориках. Батарея № 10 была вооружена четырьмя 203/50-мм пушками. Батарея № 12, № 18 и № 19 имели по четыре 152/45-мм пушки Кане; батарея № 28 — три 152-мм пушки; батареи № 26 и № 32 — по три 130-мм пушки; батарея № 13 — четыре 120/50-мм пушки; батарея № 2 — четыре 100-мм пушки.
Дунайская флотилия располагала двумя подвижными батареями № 724 и № 725 (по четыре 152-мм пушки МЛ-20), двумя стационарными батареями № 717 (три 130/55-мм пушки у села Жебрияны) и № 7 (75/50-мм пушки в г. Вилков).
