「貴部的損失情況如何？這兩天的戰鬥大家都看在眼裡，我會向元首為貴部申請集體榮譽勳章的，你們的部隊也該撤下去休整了，今年剩下的時候就別再拼命了。」
「傷亡確實比較大，第3步兵師和第7步兵師齊裝滿員投入戰鬥，兩天激戰下來減員了40%，第15師、第1裝甲師（羅馬尼亞軍隊也有2個裝甲師的）和獨立騎兵旅情況稍好一點，但是消耗也不容忽視。」
保盧斯一邊安慰羅馬尼亞將領一邊慷他人之慨——表示羅馬尼亞軍隊可以隨意洗劫尼古拉耶夫的全部裝備補給繳獲，還拍胸脯表示德國海軍會把蘇聯人留在尼古拉耶夫來不及徹底炸燬的驅逐艦修一修給羅馬尼亞海軍使用，此外還開了一大堆德國人淘汰下來的裝備換裝清單，把羅馬尼亞人給敷衍了過去。
尼古拉耶夫並不是作為軍事化城市建設的，而且蘇軍在這一地區兵力不足，毫無空軍力量可用，德國人的海陸空協同優勢自然讓孱弱的羅馬尼亞軍隊也能取得大勝。不過敖德薩就不同了，首先那裡的蘇軍可以心無旁騖地守城，其次，他們擁有的是4倍於尼古拉耶夫的兵力規模，最後，與尼古拉耶夫最大的不同在於，敖德薩的西南面面臨著一道長長的峽灣，德羅聯軍的進攻方向被限死在了兩面，讓蘇軍的防禦得以擁有更大的縱深。
……
擔任敖德薩主攻任務的是德軍第6集團軍和羅馬尼亞軍第1、第2、第4叢集，總計德軍23萬人，羅馬尼亞軍19萬人，他們正面是29萬人的蘇軍濱海方面軍。
7月17日，德軍第6集團軍以羅馬尼亞第2叢集第1騎兵師為先導誘餌進攻敖德薩西部突出部的亞歷山德羅夫卡，7000名羅馬尼亞騎兵在德軍炮火和空中掩護下攻入了這座敖德薩東部門戶的小鎮，斃傷俘獲蘇軍4000餘人，見羅軍勢弱，不甘失敗的蘇聯人連夜組織了4個師的反擊兵力總計3。5萬人，試圖連夜反撲，結果在主動迎擊過程中遭遇了伺服在後的德軍裝甲部隊切割包圍，隨後羅馬尼亞步兵部隊集體壓上，截止19日為止，蘇軍在亞歷山德羅夫卡方向投入的反擊兵力被消耗殆盡。
同一天，德國人故伎重演，以羅軍誘餌打擊敖德薩西面連線奧恰克夫的米哈伊洛夫卡，鑑於狹窄的米哈伊洛夫卡方向一旦被突破後，德軍的進攻正面將會拓寬510公里，蘇聯人不得不頂著疑慮再次上了一把當。第25、95步兵師和第9騎兵師、海軍陸戰旅在米哈伊洛夫卡地區被德軍圍殲。兩次小範圍的分割包圍後，蘇軍守城兵力遭到了相當程度地削弱，最終於7月20日放棄了外圍防禦圈，把防線收縮到了距離敖德薩市區不足15公里的範圍內，殘存兵力在連日作戰中降低到了20萬以內。
隨後，從尼古拉耶夫圍攻戰中解脫出來的德軍第10集團軍和羅馬尼亞第5叢集一部也投入到了對敖德薩的圍攻中來，蘇聯人的形勢進一步惡化了，德國人的艦隊也把無數重炮的炮口瞄準了這座港口要塞，24門8英寸艦炮、48門6英寸艦炮和數百門5英寸及以下的艦炮晝夜炮擊的威力足足可以頂得上十個步兵師的炮團。蘇聯人真正感受到了360度的全向壓力，被進一步分化了防禦兵力的部署，數以萬計計程車兵在持續炮擊下灰飛煙滅。
7月22日，德軍乘虛突擊摧毀了敖德薩市區的淡水處理廠，並割裂了蘇軍佔領區與米哈伊洛夫喀湖之間的陸上交通，切斷了城內蘇聯人的一切淡水水源。
此後是持續一週的圍困和燃燒彈洗地消耗戰，而敖德薩作為一座附近沒有河流的沿海城市，根本沒有其他淡水儲備——如果是黑海艦隊主力覆滅前，蘇聯人根本不畏懼德國人對敖德薩的補給切斷作戰，因為蘇聯人完全有能力在夜間通過海路向敖德薩運輸短缺物資，包括淡水。而這一切，在黑海艦隊失去黑海的制海權之後，全部化作了過眼雲煙。
截止到7月26日，敖德薩開始陷入了相對的缺水狀態，蘇軍發動了數次突圍的嘗試，付出了五萬多人的損失後，這些嘗試被終止了，大批突圍的蘇軍陷入了意志崩潰的狀態，在進攻受挫並遭遇德軍優勢火力的阻擊後，就直接選擇了投降走進戰俘營。
7月28日，城內的蘇軍開始有組織地驅趕烏克蘭人出城，以減少淡水的消耗，後來發展成大批次屠戮城中的非戰鬥人員，無論對方是烏克蘭族還是俄羅斯族。
7月31日，最後的蘇軍喪失了戰鬥力，無法繼續有組織地抗擊，德國人把第6集團軍和第10集團軍調往了基輔方向，只留下羅馬尼亞軍隊圍困敖德薩防止失去戰鬥力的蘇軍重新打通獲得淡水的道路。同樣為敖德薩攻城戰出了大力的德軍部隊沒能分享到第一時間奪取城市的喜悅，不過與騰出兵力完成基輔方面的大戰役相比，這些遺憾是微不足道的。
敖德薩城內的最後一批蘇軍殘兵直到8月14日才被羅馬尼亞人擊斃，當羅軍佔領這座城市的時候，它已經變成了一座死城，死在城中的兩軍與平民屍體聚攏起來一共超過60萬具，90%以上的主要建築物都被燃燒彈過火，這座數百年來作為俄國黑海艦隊母港的城市遭受了毀滅性的打擊，全城生還者不足百人。