Поскольку вся оборона Одессы держалась на бесперебойном ее снабжении, положение резко обострилось. Артиллерийским огнем противник разрушал причалы, подъездные пути, препятствовал производству погрузочно-разгрузочных работ, выводил из строя личный состав, наносил повреждения судам и портовым сооружениям. Корабли, поддерживающие артиллерийским огнем части восточного сектора, вынуждено увеличивали дистанцию стрельбы и тем самым понижали ее эффективность. Эти обстоятельства заставили вход в порт и выход из него кораблей и транспортов, а также погрузочно-разгрузочные работы производить только в темное время суток, а проведение работ в светлое время обеспечивать дымовыми завесами. Впрочем, это мало на что влияло, так как вход в порт и отдельные его районы противник пристрелял заранее.
Попытки решить проблему контрбатарейной борьбой и ударами авиации ни к чему не привели. На самом деле это очень дорогое удовольствие. Например, на подавление артиллерийской батареи необходимо произвести 9–15 130-мм выстрелов, но через 10–15 минут она вновь откроет огонь. А вот чтобы привести батарею противника к молчанию на несколько часов, уже требуется 200–300 снарядов того же калибра. Где же взять столько боеприпасов в осажденной крепости?
Лучшим выходом из создавшегося положения могло стать проведение наступательной операции с задачей расширить территорию Одесского оборонительного района (OOP). Однако имевшимися войсками сделать это было нереально — противник сам почти непрерывно наступал, а резервы у Приморской армии отсутствовали. 18 сентября из Новороссийска в Одессу доставили свежую 157-ю стрелковую дивизию, но и ее для фронтального удара могло не хватить. С учетом того, что переброски новых подкреплений не предполагалось, действовать требовалось только наверняка. Выход из создавшегося положения был очевиден: одновременно с фронтальным наступлением нанести удар в тыл группировки противника войсками морского десанта.
Сущность операции сводилась к следующему:
1. Части восточного сектора (421-я и 157-я стрелковые дивизии) переходят в наступление на участке между Аджалыкским и Куяльницким лиманами, имея задачей выйти на рубеж: Свердлово, хутор Петровский, поселок Шевченко и уничтожить находившуюся здесь дальнобойную артиллерию противника. К артиллерийскому обеспечению операции привлекаются артиллерийские средства наступающих войск, три батареи береговой обороны, дивизион 143-го гаубичного и две батареи 265-го корпусного артиллерийских полков усиления, а также артиллерия кораблей Черноморского флота.
2. На рассвете дня наступления корабли и авиация Черноморского флота производят высадку десантов — морского в районе Григорьевки и воздушно-парашютного в районе высоты 57,3.
3. Высадка десанта предваряется артиллерийским огнем кораблей по огневым средствам и живой силе противника на берегу. С окончанием высадки огонь переносится в глубину с целью поражения находящихся там огневых средств и живой силы противника и недопущения подхода его резервов. Действия десанта на берегу обеспечиваются барражем истребительной авиации и огнем кораблей по заявкам командиров подразделений десанта через корректировочные посты кораблей, высаживаемые одновременно с десантом.
4. В течение дня и ночи, предшествующих началу операции, авиация Черноморского флота производит бомбовые удары по аэродромам, огневым средствам и живой силе противника в восточном секторе, тем самым лишая его возможности оказать противодействие наступлению частей Одесского оборонительного района, высадке и действию войск десанта на берегу. С момента высадки войск на берег удары авиации переносятся в глубину.
Первоначально высадка намечалась в ночь с 16 на 17 сентября, наступление частей OOP — на утро 17 сентября. Впоследствии из-за задержки с прибытием 157-й дивизии и неготовности войск десанта сроки изменили.
В качестве войск десанта выступал только что сформированный в Севастополе 3-й морской полк Черноморского флота численностью в 1900 человек и группа парашютистов (25 человек). Перед войсками морского десанта стояла задача: высадившись в районе Григорьевки, овладеть районом Чебанка, высота 57,3, Старая Дофиновка, Новая Дофиновка, где закрепиться и соединиться с наступающими войсками Одесского оборонительного района. Перед парашютистами ставились чисто диверсионные задачи: нарушить связь и управление противника, создать панику в тылу врага.