С 22 августа руководство авиации ЧФ осуществлял один начальник – заместитель командующего ВВС флота генерал-майор В.В. Ермаченков. Август был последним месяцем 1941 года, когда авиация ЧФ решала флотские задачи. Советской авиации не удалось уничтожить с воздуха немногочисленный румынский флот. 6 сентября нарком ВМФ порекомендовал Военному совету ЧФ нанести воздушные удары по Бухаресту с целью оттянуть туда с фронта часть сил вражеской истребительной авиации, а также посеять разочарование в войне у румынских войск. В ночь 8 сентября и в ночь на 13 сентября авиация ЧФ бомбила Бухарест максимально тяжелыми бомбами. До конца августа командование ЧФ берегло ударную авиацию для отражения вражеского морского десанта в Крыму (на авиацию ЧФ приходилось три боевых вылета на самолет в месяц). Но к сентябрю эти страхи развеялись. 26 сентября нарком ВМФ приказал использовать авиацию исключительно для поддержки сухопутных войск.
Близость аэродромов, на которые могла базироваться советская бомбардировочная и штурмовая авиация в начальный период обороны Одессы, способствовала ее использованию в интересах оборонявшихся войск. После оставления Николаева и Очакова трудности в использовании ударной авиации возросли. Раздельное базирование бомбардировочной авиации (на аэродромы Крыма) и прикрывавших ее истребителей затрудняло организацию тактического взаимодействия, вызывало напряжение небольшого количества истребителей, находившихся в Одессе. Типовыми задачами, выполнявшимися авиацией ЧФ при обороне Одессы, являлись удары по скоплениям живой силы и техники противника, прикрытие базы с воздуха, поддержка сухопутных войск ударами по вражеским танкам и мотопехоте, разведка на морском и сухопутном направлениях.
Во второй половине августа 1941-го на юг из-под Москвы была переброшена 1-я эскадрилья из германской авиагруппы I/K.G28. Входившие в состав эскадрильи Хе-111 получили на вооружение торпеды. Впервые немцы применили авиационные торпеды 24 августа, когда на подходе к Одессе подвергся атаке транспорт «Фабрициус». Но обе сброшенные германскими самолетами торпеды прошли мимо.
29 августа два Хе-111 пытались торпедировать учебное судно «Днепр», шедшее в Одессу с 3 тыс. солдат на борту. Обе торпеды снова прошли мимо. Корабли ЧФ неоднократно подвергались атакам авиации противника. 30 августа три Ю-88 сбросили бомбы на лидер «Ташкент». От разрыва бомб образовалась пробоина, кубрики были затоплены, но механизмы остались неповрежденными. 6 сентября в одесском порту был потоплен тральщик № 493 «Хаджибей», а 15 сентября порту от близких разрывов бомб затонул буксир СП-9.
В связи с бомбардировкой Одессы 11 сентября пятьюдесятью самолетами противника Военный совет OOP просил командующего ЧФ организовать мощный удар по Бухаресту. Командующий флотом ответил, что просьбу выполнит, и приказал командующему ВВС ЧФ подготовить этот удар. В ночь на 13 сентября три ДБ-3 бомбили Бухарест. Сброшено было три бомбы ФАБ-1000 и две бомбы ФАБ-250. Разрывы наблюдались в центре и в северо-западной части города. Два самолета бомбили запасные цели. Два Пе-2 бомбили транспорты противника в районе города Тулча.
Румынское и немецкое командование допустило в борьбе против советского ЧФ ряд существенных просчетов. Румынские минные заграждения могли бы сковать действия ЧФ у Одессы, блокировать Одессу с моря и сделать невозможными интенсивные морские перевозки Севастополь – Одесса. Но в румынском флоте и ВВС отсутствовали надводные и подводные силы для минных постановок. С другой стороны, запаздывание руководства люфтваффе в создании запаса авиационных неконтактных мин в значительной мере сказалось на результатах действий вражеской авиации на морских коммуникациях. 14 сентября немецкая авиация пыталась заминировать Одесский порт и выход из него, сбросив пятнадцать мин, из которых только пять упали в воду. Подобная постановка мин с воздуха могла только напугать противника, а не создать минную преграду. Весьма вероятно также, что отсутствие активности в минировании Одесской гавани объяснялось и тем, что румынское и немецкое командование рассчитывали на скорое взятие города и стремились сохранить Одесский порт и фарватеры чистыми для себя.