Перед дивизией в целом и ее отдельными частями и подразделениями ставилась задача не только освободить г. Одессу, но и уничтожить силы противника. В ночь на 7 февраля основные части дивизии сосредоточились на плацдарме перед узким перешейком между морем и лиманом. Они должны были, прорвавшись через перешеек, на плечах противника атаковать район города Одессы, а частям 45-й дивизии предписывалось развить параллельное преследование противника.
2-я бригада под командованием Зомберга, следуя в голове 41-й дивизии, должна была атаковать и занять районы города, прилегающие к морю, включая Малый, Средний и Большой Фонтаны. Командиру 1-й бригады 45 дивизии Левинзону надлежало, следуя через Нерубайское — Вакаржаны и Фрейденталь на Маяки, захватить переправу через р. Днестр и обеспечить ее за собой с обоих берегов. Перед командиром кавбригады Г. И. Котовским ставилась задача: следовать по маршруту через Дальник — Петровку — Маяки и далее до полного уничтожения противника, постараться захватить штаб 2-го армейского корпуса и прижать отступающие части противника к югу (к морю). 3-я бригада, командир Голяшкин, должна была следовать за 2-й бригадой и занять Пересыпь, Слободку и Молдаванку и принять под свою охрану все имущество в порту.
В 2 часа ночи 7 февраля дивизия начала наступление. К 4-м часам 365 полк уже был в селе Марьевка, но здесь он подвергся обстрелу судовой артиллерии противника. В 6 часов утра наступление возобновилось и советские войска около 10 часов утра на плечах противника вошли в город. На улицах города завязался упорный 24-х часовой бой. Противник оборонял каждый квартал, на некоторых улицах он даже выкатывал орудия и в упор стрелял по наступавшим войскам Красной Армии. В здании офицерского собрания отдельные комнаты брались с боя. К 14 часам удалось освободить от белогвардейцев большую часть города и часть порта. Стоявшие на рейде английские и деникинские военные корабли обстреливали город. Выбив противника из города около 7 часов 8 февраля, наши части преследовали его дальше.
В тот же день член Реввоенсовета Юго-Западного фронта И. В. Сталин телеграфно сообщил Председателю Совета Народных Комиссаров В. И. Ленину о том, что части Юго-Западного фронта 7 февраля в 14 часов освободили Одессу от белогвардейцев.>{86}
При занятии Одессы войска Красной Армии захватили свыше 100 орудий разных калибров, 4 исправных бронепоезда, 4 бронеавтомобиля, несколько тысяч снарядов, несколько сот тысяч патронов, склады подрывного, авиационного, автомобильного, санитарного, интендантского и продовольственного имущества. Взято в плен три генерала, около двухсот офицеров, до трех тысяч солдат