Завдання щодо вигнання нацистських окупантів з Одеси 3-му Українському фронту було визначено директивою Ставки Верховного головнокомандування від 11 березня. За планом командування 3-го Українського фронту операція мала розпочатися з 20 березня відразу після Березнегувато-Снігурівської наступальної операції 1944 та виходу радянських військ на рубіж р. Південний Буг. Однак через опір противника, важкі погодні умови, складності в забезпеченні й відсутність засобів переправи війська 3-го Українського фронту розпочали операцію 26 березня. Відповідно до стратегічної обстановки Ставка Верховного головнокомандування з 22 березня головні сили 2-го Українського фронту спрямувала на півдні для наступу з рубежу Клима—Первомайськ по правому і лівому берегах Дністра для того, щоб з виходом до узбережжя Чорного моря оточити німецькі 8-му армію, 6-ту армію та румунську 3-тю армію й у взаємодії із 3-м Українським фронтом знищити їх.
Проте повністю виконати поставлені завдання не вдалося: війська 2-го Українського фронту в першій декаді квітня були зупинені противником та перейшли до оборони на рубежі Солька—Крістешть—Оргіїв—Дубоссари—Ташлик.
Розвиваючи наступ, війська 3-го Українського фронту 31 березня оволоділи м. Березівка, а 4 квітня — ст. Роздільна, 5 квітня зайняли Страсбург і Баден, вороже угруповання було розсічене на 2 частини. 30 березня на лівому крилі фронту війська 28-ї армії за допомогою висадженого морського десанту опанували Очаків і розвернули наступ на Одесу. Кінно-механізованій групі було поставлене завдання 9 квітня відрізати шляхи відступу противника на Овідіополь, а 8-й, 6-й і 5-й ударній арміям — оточити й знищити противника в районі Одеси. Проте через затримку кінно-механізованої групи частині військ 72-го та 44-го армійських корпусів противника вдалося уникнути оточення і відійти за Дністер.
Підводні човни і торпедні катери Чорноморського флоту вели активні дії на ворожих комунікаціях, зриваючи евакуацію німецько-румунських військ.
Увечері 9 квітня війська РСЧА увірвалися в північні квартали Одеси і нічним штурмом при сприянні партизан до ранку 10 квітня вигнали нацистські окупанти з Одесу. В подальшому війська 3-го Українського фронту 12 квітня оволоділи Тирасполем, а 14 квітня вийшли до р. Дністер і опанували плацдарм на його західному березі на південь від Бендер, що зіграв важливу роль в подальшому наступі військ фронту.
За 17 днів Одеської наступальної операції війська 3-го Українського фронту за складних погодних умов подолали більш як 160 км, вигнали нацистських окупантів з Миколаївської та Одеської області. Сили Чорномор. флоту отримали можливість базуватися в Одесі, Миколаєві, Очакові.
Водночас, становище гітлерівців на Кримському півострові, які втратили надійний зв'язок з базами в Болгарії та Румунії, а також морські комунікації з портом Констанца, погіршилося.