С моря, в район прибрежного села Григорьевка, в тыл 13-й и 15-й румынским пехотным дивизиям, противостоящим восточному сектору Одесского оборонительного района, должен был высадиться сформированный в Севастополе 3-й Черноморский полк морской пехоты, командиром которого был назначен капитан Кузьма Мефодьевич Корень. Полк включал в себя 3 батальона морской пехоты общей численностью 1920 человек (по другим данным – 1815 человек) – главным образом краснофлотцев-запасников и добровольцев из состава экипажей кораблей и частей главной базы – и минометную батарею (девять 82-мм минометов образца 1938 года), а также ручные и станковые пулеметы.
Для проведения морской десантной операции командование Черноморского флота из-за полного на тот момент отсутствия специализированных десантных кораблей или подходящих транспортных судов было вынуждено привлечь боевые единицы, мало для этого приспособленные, в частности крейсеры «Красный Крым», «Красный Кавказ», эскадренные миноносцы «Бойкий», «Безупречный» и «Фрунзе», которые базировались в Севастополе.
В качестве высадочных средств планировалось использовать канонерскую лодку «Красная Грузия» (один из бывших десантных кораблей времен Первой мировой войны, типа «Эльпидифор»), 24 катера типа «малый охотник» и КМ и 10 самоходных баркасов. Все они из состава Одесской военно-морской базы.
Воздушную поддержку и прикрытие действий десанта планировалось обеспечить бомбоштурмовыми ударами специально выделенной авиагруппы из состава 63-й бомбардировочной авиабригады и 69-го истребительного авиаполка.
Перед началом десантной операции была проведена тщательная авиационная и наземная разведка районов, входивших в зону будущих действий десанта.
При этом из-за отсутствия специализированных десантных кораблей доставка 3-го ПМП в район высадки осуществлялась из Севастополя крейсерами «Красный Крым» и «Красный Кавказ», а также эсминцами «Бойкий» и «Беспощадный». Непосредственная же высадка на берег должна была проводиться имевшими небольшую осадку катерами – малыми охотниками, малыми катерами типа «КМ» и канонерской лодкой «Красная Грузия», составлявшими отдельный отряд высадочных средств.
Морской десант высаживался с задачей действовать в северо-западном направлении с целью содействовать успешному наступлению частей Одесского оборонительного района.
Перед высадкой морского и воздушного десантов по районам их высадки предварительно наносился удар авиации и корабельной артиллерии, а также днем 21-го и в ночь на 22 сентября 1941 года советские самолеты нанесли бомбовые удары по скоплениям войск противника в восточном секторе обороны.