Возможности пополнения Приморской армии за счет населения Одессы к середине сентября были исчерпаны. На фронт отправляли пожарных, зачислялись в регулярные войска те бойцы истребительных батальонов, которые до сих пор совмещали дежурства у городских баррикад с работой на производстве. В начале сентября 1941-го в Одессе был сформирован отдельный отряд НКВД под командованием майора милиции Н.Б. Барышникова (до 1 тыс. курсантов школы милиции и работники милиции). Этот отряд 17 сентября, как один из последних резервов, был послан в окопы Южного сектора. В решающих боях 16–19 сентября положение спасал внутренний резерв – 15 сентября из госпиталей и лазаретов был выписан 451 выздоравливающий, 16-го – 113, 17-го – 254, 18-го – 888. За четыре дня более 1700 возвращенных в строй солдат пополнили поредевшие батальоны на передовой.
17 сентября противник попытался продвинуться вперед во всех трех секторах. Почти всюду 95-я стрелковая дивизия сумела их отразить, не подпустив врага к своим окопам. Только в одном месте ему удалось вклиниться – до полка пехоты прорвалось к хутору Кабаченка. Этот опасный клин (от хутора до окраин Одессы – 10 км) предстояло ликвидировать контратаками. В Южном секторе главный удар принимал на себя полк капитана Ковтун-Станкевича. 287-й стрелковый полк центром отошел на 300–400 м и продолжал сдерживать противника, нанося ему большой урон. За день на позициях полка разорвалось около 15 тыс. вражеских мин. Роковые последствия мог иметь не только прорыв на каком-то участке, но и потеря пространства в результате постепенного отхода под лобовым натиском. Тылы Южного сектора уже стали огневым мешком – они простреливались вражеской артиллерией насквозь. В ночь на 18 сентября, после обсуждения у командарма итогов дня, генералу Петрову был передан приказ: «Рубеж высота 66,8–Сухой лиман – Рыбачьи Курени удерживать во что бы то ни стало. На усиление придается отряд в 500 человек, который использовать целиком, не дробя». Переданный отряд был батальоном 54-го Разинского полка, действовавшего на другом фланге обороны.
18 сентября один из батальонов из 54-го стрелкового полка был направлен обратно в 25-ю стрелковую дивизию. На следующий день 1330-й стрелковый полк и 162-й отдельный зенитно-пулеметный батальон подверглись фронтальной атаке, но советские бойцы в очередной раз отбросили наступавших на исходные рубежи с большими потерями для последних.
Частично румынский план наступления удался. Румынская артиллерия получила возможность обстреливать город из дальнобойных орудий не столько с северо-востока, но и с юго-запада, подвергать обстрелам недавно сооруженные временные пристани в Аркадии и на 16-й станции Большого Фонтана. Полоса морского побережья, на которую опирались войска Одесского оборонительного района, сократилась до 30 км, а это серьезно затрудняло маневрирование кораблей на подступах к Одессе. Из-за опасности обстрела советские корабли и транспорты вынуждены были входить в порт и покидать его только ночью. По румынским данным, за несколько дней боев румынские войска захватили в плен более 3 тыс. советских солдат. Попытки 1331-го стрелкового полка 421-й стрелковой дивизии провести локальное наступление и овладеть селом Прицеповка успеха не имели.
