2月27日，伦德斯泰特得知苏军第9集团军和18集团军向东撤退，并未阻击。在伦德斯泰特看来，苏军撤动起来，更有利于打歼灭战。
伦德斯泰特集中两个步兵军、三个装甲师、五百架战机，继续强攻基什尼奥夫，于当天下午，拔出了这颗大钉子。
与此同时，汉斯军第2装甲集群肆虐乌兰平原，击溃企图阻击的数个防卫师，占领尼古拉耶夫，彻底切断了苏军的陆上联系。
伦德斯泰特见包围目标达成，开始让各军追击和挤压苏军防线，特别是罗尼的三个集团军，憋了十几天，早就想发泄了。
在空军的支援下，逮住苏军垫后部队一阵猛打。
第二天上午，伦德斯泰特出动一千架战机，封锁了整个普鲁特河出口海口段，让苏军无法大规模过河。一直协助攻击基什尼奥夫的汉斯48摩托化军突破苏军18集团军防线，沿着普鲁特河向南攻击。
汉斯第11集团军和第19集团军分别沿河两岸跟进，沿途攻击苏军阻击部队。
两个集团军司令员见汉斯军要进行分割，为了不被全歼，下令丢下重武器，向敖德萨奔去。铁木辛哥支持两个集团军的决定，因为12集团军和26集团军半残，还一直被追着打，剩下的主力部队便只有第9和第18集团军。
在苏军下达命令后，将士狂奔起来，坦克、汽车、摩托车部队溜得最快，让步兵怨念四起。一时间，普鲁特河西岸的苏军乱成一片，各部队争相过河。面对汉斯军的是苏军18集团军，一边撤退，还一边掩护集团军主力和第9集团军撤退，苦苦坚持着。
人数再多，也有耗尽的时候。
经过一天的浴血奋斗，苏军还是失去了加拉茨北面的两岸区域，形势十分危急。也幸亏苏军18集团军和26集团军阻击部队没让汉斯军装甲部队跑起来，否则，苏军过河就危险了。
到了夜晚，加拉茨以南一百公里的区域，苏军趁着夜色过河。伊兹梅尔是第9集团军的主要渡河点，远离前线，还有海军近海舰艇掩护。
两天的大撤退，苏军狂奔一百多公里，两个集团军损失数万人，武器装备不计其数。
到了3月1日，苏军四个集团军在协约国军队的攻击下，收缩到德涅斯特湾和季利古尔湖之间的区域，构筑了三道防御线。外围防线距市区25—30公里，全长100公里；中层防线距市区6-10公里，全长30公里；最后的防线即敖德萨市区。
此时，苏军西南方面军还剩下50多万人，防守足够，还有黑海舰队支援。劣势是重炮和坦克部队损失过大，士气下降，还无空中支援。
协约国方面，拥有汉斯军第11、17、19集团军，三个集团军有战损，但远远小于苏军；罗尼国第3、4、5集团军，一边追击一边补充预备队，战斗力回升；罗马国第1远征集团军第10军和两个装甲师。
伦德斯泰特拥有两个航空队，两千架飞机，十分强大。
3月2日，从普鲁特河西岸起飞的协约国战机光临敖德萨上空，进行地面洗礼。整整一天的时间，将苏军港口炸得稀烂，防御工事覆盖三四遍。
在空军威胁下，苏军黑海舰队派来十几艘驱逐舰、炮艇、鱼雷艇根本起不到作用，还要躲得远远的，毕竟防空能力太差。
3月3日，敖德萨进攻战就此打响。
伦德斯泰特没有任何保留，直接大军压上，以数倍的兵力，强攻苏军外围防线。汉斯国第1装甲集群克莱斯特上将亲自指挥6个装甲师从中部维戈达突击，陆空配合，于上午11点攻入维戈达镇，击溃苏军两个步兵军。
当然，苏军紧急构筑的战壕、碉堡和反坦克炮阵地太过密集，让汉斯国装甲部队无法跑起来，被迫进入阵地战。
可即便如此，汉斯军打得依旧猛烈。经过一天的战斗，汉斯国装甲部队抵达苏军中层防线的格尼利亚科沃，损失不少坦克。
从西段发起攻击的罗尼军发挥了优秀的战斗力，紧跟汉斯国的脚步，连续突破苏军十几公里的防线，并与汉斯军在瓦卡尔扎内镇一带包围了苏军三个步兵师。
从东段发起攻击的罗马军和汉斯19集团军进展比较快，分别突破吉利古尔湖南北端，连续攻占十几个苏军防御重镇，抵达苏军中层防线东侧的阿贾雷克斯基湖和库班卡。
铁木辛哥布防最失败的应该是吉利古尔湖段，面积过大，兵力太过分散。敌军的坦克和飞机，是苏军无法抵挡的。要知道，现在的苏军，火炮才三四百门，反坦克和防空炮十分稀少，从克里米亚调来的武器不够。
港口和海岸设施被炸，苏军的武器和补给都是一个大问题。铁木辛哥再一次向斯塔林建议，从海陆撤出敖德萨，保留剩余的主力，为接下来的防御战保留火种。
可是，铁木辛哥的电报被打回来了，斯塔林批评他畏惧敌人，不敢用命打仗。斯塔林一再强调，敖德萨是牵制协约国南部主力的重要战略要地，让铁木辛哥务必坚守。斯塔林也承诺，统帅部会不断从黑海输送兵力。
铁木辛哥见斯塔林还想着反攻，无奈地接下命令，但他知道，敖德萨守不住的。
翌日，铁木辛哥在狂轰乱炸中醒来，来到观察孔，他看到数百架协约国战机。接下来一段时间，铁木辛哥不断接到求援和阵地被突破的电话，他的心情越来越沉重。
苏军打得很勇猛，可面对兵力和火力均占绝对优势的协约国军队，身躯能挡住多久呢？
随着中层防线被突破，协约国扫清了市区外围的防御工事，左中右攻击集群合成了一个包围圈，并逐渐压缩苏军防线。不少部队攻入市区，协约国的炮火和飞机又开始不停地轰击敖德萨市区的每寸土地。
3月7日，协约国发起了总攻，市区内苏军余部在市民的支持下，与协约国进行最后的战斗。每一栋建筑和每一间屋子都成了残酷的战场。
这场仗，比前几天的还难打，让协约国军整整攻击了五天，直到这座城市再也没有拿起枪反抗的人。