5-го августа Директивой Ставки Верховного Главнокомандования Южному фронту было приказано Одессу не сдавать и оборонять до последней возможности, привлекая к делу
Черноморский флот. Бои в это время шли под Беляевкой, по обе стороны железной дороги на Тирасполь и у Аджалыкского лимана.
19-го августа Ставка Верховного Главнокомандования создала Одесский оборонительный район, подчинённый военному совету Черноморского флота. С 20 августа 1941 года в командование 25-й СД вступил генерал-майор И.Е.Петров. Одновременно он был назначен начальником Южного сектора обороны города. 5 октября командир 25-й стрелковой дивизии был назначен на должность командующего Приморской армией.
В ноябре-декабре 25-я сражалась во II и III секторах СОР – возле ж/д станций «Горы Мекензи» и «Инкерман», в районе кордона Мекензевых гор, а также Братского кладбища, села Андреевка и северо-западных скатов высоты 119,9. Штаб III сектора находился в Инкермане, там же в штольнях Чертовой балки располагался 47-й медсанбат. Рубежом обороны дивизии был хутор Мекензия (в 200 метрах юго-западнее и северо-западнее высоты 192,0). Комендантом третьего сектора стал генерал-майор Т.К.Коломиец, 13 ноября 1941 года вступивший в командование 25-й стрелковой дивизией. Численность 25-й стрелковой дивизии на 25.12.1941 составляла: 4 233 человек, 145 пулеметов, 90 минометов, десять 152-мм орудий, одиннадцать 122-мм орудий, восемнадцать 76-мм орудий, четырнадцать 45-мм орудий. Кроме того, в ДОТах находились два 130-мм орудия, снятых в ноябре с боевых кораблей, их прислуга была также укомплектована моряками Черноморского флота.
В течение 29–30 июня 1942 года при отходе наших войск на Корабельной стороне были взорваны Северная электростанция, спецкомбинат №-1 и другие объекты, а также запасной арсенал флота взрывчатых веществ и негодного боезапаса в Инкермане, которых было около 400 вагонов. Чтобы развеять разные домыслы насчет якобы погибших во время взрыва арсенала, в книге И.С.Маношина «Героическая трагедия» приводится сообщение командира 3-го артдивизиона 99-го гаубичного артполка 25-й Чапаевской дивизии майора З.Г.Олейника, находившегося в момент этого взрыва на наблюдательном пункте в верховьях Лабораторной балки в первой половине дня 29 июня 1942 года:
К 1 июля 1942 года соединение фактически уже не существовало. Ни одно из знамен дивизии и полков, входивших в ее состав, а также исторический формуляр, печать и штабные документы к немцам в руки не попали. Есть сведения, что знамёна воинских частей, обороняющих
Севастополь, были уничтожены в конце июня 1942 года в районе 35-й Береговой Батареи по приказу Командующего Приморской армии генерала И.Е.Петрова. По другим данным 24 июня знамена 25-й дивизии были затоплены у Камышовой бухты. По архивным же сведениям знамена дивизии были сожжены в землянке у Камышовой бухты.