Вечером 9 сентября 1943 года соединение десантных кораблей под командованием контр-адмирала Холостякова вышло в море. На них находились отборные части: 255-я бригада морской пехоты полковника Потапова, 393-й отдельный морской стрелковый батальон капитан-лейтенанта Бутылина, носивший почетное наименование «имени Куникова», 1339-й стрелковый полк подполковника Каданчика и другие мелкие подразделения общей численностью 8935 человек на 129 мелких кораблях.
В полночь десантное соединение находилось у входа в Новороссийскую бухту. В этот момент более 800 орудий и минометов, а также большое количество реактивных минометов открыли ураганный огонь по порту и городу. Дальнобойные батареи береговой артиллерии с берега Цемесской бухты поражали цели далеко в -тылу немецких войск.
В 3.00 10 сентября советская специальная группа подошла к немецким портовым заграждениям и сделала в них проход. Вслед за ней между портовыми молами пошел поделенный на три группы первый эшелон, который прикрывали 25 торпедных катеров под командованием капитана 2-го ранга Проценко. Высадка десанта была замечена, только когда батальон имени Куникова был уже во внутренней гавани.
Порт обороняли две роты морской пехоты под командованием капитан-лейтенанта Хоссфельда. Проценко повел в бой свои торпедные катера. У молов и пристаней начали рваться торпеды. Огнем из бортового вооружения были накрыты немецкие морские пехотинцы. Подошел второй эшелон десанта и захватил три участка во внутренней гавани. Немецкие морские пехотинцы дрались отчаянно, но после того, как связь между отдельными опорными пунктами была нарушена, немецкая оборона в порту была сломлена.
Когда начались бои в порту, советская 18-я армия на северном берегу Цемесской бухты перешла в наступление, чтобы сковать немецкие войска на их позициях.
Через некоторое время подошли немецкие резервы. В городском районе Мефодиевский действовали части 73-й пехотной дивизии генерал-майора Бёме, 101-й егерской дивизии и румынской 1-й горнострелковой дивизии. В западном Новороссийске и Станичке вели бой подошедшие части немецкой 4-й и румынской 4-й горнострелковых дивизий.
У западного мола 91-й горнострелковый полк, 94-й батальон и 3-я рота 94-го саперного батальона под командованием полковника Хёрля отразили атаку десанта. Противник, закрепившийся на пляже и у причала подводных лодок, был сброшен в море. В 16 часов началась контратака против подразделений противника, закрепившегося в здании холодильника и у зернового причала. Но сбросить в море их не удалось. Продолжался сильный артиллерийско-минометный огонь противника. Под прикрытием огневого вала в 2.00 11 сентября противник высадил новые войска.