Вечером 21 сентября 1941 года в Севастополе, в бухте Казачья, 3-й ПМП был погружен на корабли и рано утром 22 сентября высадился в тылу восточной группировки румынских войск, осаждавших Одессу, в районе приморской деревни Григорьевка.
С суши навстречу 3-му полку морской пехоты нанесли удар 157-я и 421-я стрелковые дивизии. Главный удар в полосе наступления 421-й СД наносил ее 1330-й стрелковый полк (бывший 1-й Черноморский полк морской пехоты) под командованием полковника Я. И. Осипова. В результате восточная группировка румынских войск, осаждавших Одессу, была полностью разгромлена.
В ходе этой десантной операции полк понес достаточно большие потери – 332 краснофлотца и командира убитыми и ранеными, потеряв также, главным образом от минометного огня противника, половину своих пулеметов.
В дальнейшем, в ходе эвакуации из Одессы Приморской армии 1–15 октября 1941 года, 3-й ПМП вновь прибыл в Севастополь. Здесь его новым командиром стал подполковник В. Н. Затылкин, которого 7 ноября 1941 года сменил полковник Сергей Родионович Гусаров.
На следующий день после сформирования 3-го ПМП, 4 сентября 1941 года, в Севастополе в составе Училища береговой обороны был создан «Курсантский полк морской пехоты» в составе трех курсантских батальонов. Командиром этого полка стал полковник В. А. Костышин. По одним данным, он был начальником этого училища, по другим – заместителем начальника училища по строевой части.
29 октября 1941 года Курсантский полк был переформирован в курсантский батальон морской пехоты в составе 5 стрелковых рот, усиленный дополнительно пулеметной ротой (12 пулеметов) и ротой минометов (2 миномета калибра 107 мм и 4 миномета калибра 82 мм), а также артиллерийской батареей из трех 76-мм пушек. Общая численность батальона – 1176 человек.
В состав курсантского батальона морской пехоты входили также взвод связи, саперный взвод, пункт боеприпасов, продовольственный пункт и медицинский пункт. Начальником штаба батальона был назначен майор В. И. Голубь, начальником связи – капитан-лейтенант Н. Ф. Потапов, командиром взвода связи – капитан В. И. Синютин.
30 октября 1941 курсантский батальон под командованием полковника В. А. Костышина был отправлен на передовой рубеж обороны Севастополя, находившийся на левом берегу реки Альма, несколько южнее железнодорожной станции Альма (ныне Почтовое).
Кроме Севастополя, в сентябре 1941 года началось формирование бригад морской пехоты в составе Новороссийской и Керченской военно-морских баз, соответственно 8-й и 9-й бригад морской пехоты.