У защитников Одессы не хватало оружия, боеприпасов, продовольствия. В связи с потерей водозаборной станции на Днестре город остался без питьевой воды. Срочно были отремонтированы артезианские скважины, выкопаны колодцы. Воду, как и хлеб, пришлось нормировать.
21 августа областной и городской комитеты партии, исполкомы областного и городского Советов депутатов трудящихся обратились к жителям Одессы с призывом защитить родной город. В военных частях, на предприятиях и в учреждениях проходили митинги и собрания, посвященные дальнейшей мобилизации трудящихся для укрепления обороны города. Одесская партийная организация проводила большую идейно-политическую работу. В ней активное участие принимали все руководящие, партийные, советские, комсомольские работники и свыше 1800 агитаторов. Важную роль в этой благородной и сложной работе сыграли областные газеты «Большевистское знамя», «Черноморская коммуна» и «Молодая гвардия».
Город был превращен в военный лагерь. Улицы и площади покрылись баррикадами, противотанковыми «ежами», окопами. Был проведен дополнительный набор в народное ополчение. Это дало войскам почти 10-тысячное пополнение. Из 1-го полка морской пехоты, 26-го полка пограничных войск НКВД и ополченцев к концу августа была сформирована 461-я Одесская стрелковая дивизия, созданы отряды баррикадно-уличного боя, группы противовоздушной и противохимической защиты, санитарные дружины и посты.
Был организован сбор и ремонт старого, не вывезенного оборудования, остатков сырья и разных материалов, налажен ремонт и производство многих видов оружия и боевой техники. Заводы им. Январского восстания, им. Г. И. Петровского, им. М. И. Калинина, им. А. В. Хворостина, «Кинап» и другие изготовляли минометы и огнеметы, противотанковые и противопехотные мины, гранаты, бутылки с зажигательной жидкостью и запалы к ним, строили бронепоезда, легкие танки, ремонтировали оружие. Многие рабочие выполняли нормы на 200–300 %.
На протяжении всего периода обороны города одесский порт был главным объектом вражеских бомбардировок и артиллерийских обстрелов. Часто разрушались причалы, склады, выводились из строя краны и другие механизмы, портовые железнодорожные линии, но портовики быстро ликвидировали повреждения. Они отремонтировали и ввели в действие свыше 300 искалеченных врагом судов. Когда порт стал объектом прицельного огня врага, инженерные войска и рабочие за короткое время построили в Аркадии и на 16-й станции Большого фонтана новые пристани, недосягаемые для артобстрела.
Трудящиеся Одессы сражались с фашистами в рядах Красной Армии и народного ополчения. Из 21 700 коммунистов городской партийной организации к началу августа 1941 г. ушли на фронт свыше 12 тыс. человек, среди них большинство партийного актива города. Комсомольская организация дала фронту более 11 тыс. добровольцев, в том числе 3200 комсомолок. В первой половине августа на защиту Одессы стало 20 тыс. народных ополченцев и бойцов истребительных батальонов, а к концу месяца еще около 10 тыс. Все они влились в состав регулярных войск.
Защитники Одессы проявили исключительное мужество и массовый героизм. Роту морской пехоты капитана А. С. Ламзина окружил батальон противника, поддерживаемый артиллерией и тремя танками. Моряки в течение восьми часов сражались в окружении, уничтожили около 200 фашистов, подбили два танка и, прорвав решительной штыковой атакой вражеское кольцо, пробились к своей части.
Рота бойцов младшего лейтенанта П. Н. Монайло вступила в неравный бой с батальоном фашистов и уничтожила свыше 350 вражеских солдат и офицеров. Значительную роль в этом бою сыграл орудийный расчет батареи коммуниста младшего лейтенанта К. Т. Лысого. Артиллеристы, заняв открытую позицию, прямой наводкой бронебойными снарядами уничтожили два вражеских танка, а затем картечью обстреляли пехоту противника. Храбро и умело сражались артиллеристы 36-й подвижной береговой батареи лейтенанта д. П. Бойко. Метким огнем в одном из боев они вывели из строя 12 вражеских орудий. Красноармеец X. Г. Мотаев во время одной из контратак огнем ручного пулемета истребил 31 фашиста. Пять разведчиков-комсомольцев во главе с младшим сержантом А. А. Нечипуренко разбили минометную батарею врага, захватили противотанковое орудие со снарядами и взяли в плен несколько десятков румынских солдат и офицеров.