В связи с тем, что в Западном и Южном секторах противник 22 сентября пытался, в свою очередь, наступать, командование OOP прекратило наступление в Восточном секторе. Войскам сектора было передано боевое распоряжение, указывавшее новую линию обороны. Она начиналась на восточной стороне Большого Аджалыкского лимана за Новой Дофиновкой и проходила затем севернее освобожденных Александровки и Гильдендорфа. Частям 157-й стрелковой дивизии, за исключением 716-го стрелкового полка, остававшегося в оперативном подчинении командира 421-й дивизии, было приказано начать с утра 23 сентября переброску в район Нерубайского и Усатово, чтобы затем занять новые рубежи в Западном секторе. 3-й полк морской пехоты, в командование которым вступил подполковник В. Н. Затылкин, поступал в распоряжение командира 421-й дивизии. Ночь ушла на перегруппировку сил и смену частей.
Войска Одесского оборонительного района начали подготовку к обороне города в зимних условиях. В ночь с 22 на 23 сентября 1941 года вопрос о подготовке к зиме обсуждался на заседании Военного совета оборонительного района. Было решено начать строительство отапливаемых землянок для жилья и хозяйственно-бытовых нужд. Общее руководство строительством возлагалось на генерал-майора А. Ф. Хренова, а техническое — на полковника Г. П. Кедринского. Обеспечение необходимым инвентарем, а также котлами, печками, банями, лампами, фонарями, свечами вменялось в обязанность начальнику тыла Приморской армии генерал-майору Т. К. Коломийцу.
Из Новороссийска в Одессу прибыл теплоход «Василий Чапаев», доставивший дивизион гвардейских миномётов 8-го миномётного полка под командованием старшего лейтенанта П. С. Небоженко, имевший 8 боевых машин PC. Это было новое, тогда в Одессе никому не знакомое грозное оружие — будущие знаменитые «катюши». Дивизион поступил в армейский резерв. Выделение одного из немногих в то время подразделений гвардейских миномётов для OOP лишний раз подтверждало то значение, какое придавала Ставка обороне Одессы.
Пароход «Курск» доставил в Одессу около двух тысяч бойцов и командиров для пополнения частей оборонительного района, а также вооружение и боеприпасы. В пути его атаковали вражеские бомбардировщики, которые обрушили на слабо защищенное судно сильные бомбовые удары. «Курск», умело маневрируя, уклонился от прямого попадания и огнём своих пулемётов сбил один фашистский самолёт.
На переходе за Тендровской косой вражеская авиация перехватила буксирный катер «Тайфун». За время обороны Одессы это судно совершило несколько рейсов в осажденный город, откуда отбуксировало в другие порты Черноморско-Азовского бассейна 4000-тонный плавучий док с 27 паровозами, 6000-тонный железобетонный док, две груженые наливные баржи. Рейс 22 сентября оказался для буксира последним. «Тайфун» погиб от прямого попадания трех авиабомб.
Бюро Одесского обкома КП(б)У приняло постановление об упорядочении катакомб и подвалов, где от артиллерийского обстрела и воздушных бомбардировок укрывались многие жители Одессы. Обком обязал секретарей райкомов партии и председателей исполкомов районных Советов депутатов трудящихся до 27 сентября обеспечить электрификацию подземелий, оборудование вентиляции, укрепление сводов, расширение проходов. В катакомбы были назначены коменданты и агитаторы из числа коммунистов, комсомольцев, депутатов Советов.
Одновременно в катакомбах создавалась материально-техническая база для партийного подполья и партизанских отрядов на случай оставления Одессы нашими войсками. Пригородный райком КП(б)У, например, организовал склады оружия и продовольствия, библиотеку.
23 сентября, вторник.
Военный совет OOP в приказе по войскам оборонительного района объявил благодарность всему личному составу частей и кораблей, участвовавших в операции 22 сентября, предложил командирам и военкомам представить особо отличившихся к правительственным наградам и призвал защитников Одессы к мужеству и стойкости.
В Восточном секторе наши войска закреплялись на достигнутых накануне рубежах. Командование 421-й дивизии получило приказ, укрепив новые позиции, ни при каких условиях не отдавать их врагу. К утру 23 сентября 3-й полк морской пехоты был включен в состав 421-й стрелковой дивизии.
В Западном секторе противник силой до пехотного полка пытался наступать на стыке 161-го и 90-го стрелковых полков. Части 95-й дивизии, пополненные новыми маршевыми ротами, контратаковали неприятеля и отбросили его.
В Южном секторе наши части, отражая атаки противника в районе Дальника, удерживали прежний рубеж обороны.
Большую поддержку пехоте оказывали 411, 39-я и 1-я батареи береговой обороны.
Летчики 69-го авиационного полка за день совершили 94 самолётовылета, вели разведку, штурмовали пехоту и конницу врага, прикрывали наши бомбардировщики.