幸运的是，为罗马尼亚军队提供作战支援的德国空军机群及时抵达了战场，两番轰炸扫射过后，俄军损失了大约60辆T70坦克。但剩余的80辆坦克仍将罗军第4坦克师打得极为被动。安东尼斯库中将立即投入了200辆FT17坦克，第2，第3坦克师从左右两翼向俄军第17坦克师包抄。FT17坦克的主装甲只有22毫米，在T70的45毫米炮前就像豆腐一般不堪一击，但它的37毫米炮却可以打穿T70的侧装甲和后装甲。
就算德国空军炸毁了大约一半的T70，3个罗马尼亚坦克师对战半个俄军坦克师依然是艰难无比。这场轻型坦克间的角逐直到黄昏才落下帷幕，俄军第17坦克师全军覆没，3个罗马尼亚坦克师也总共只剩下23辆R35和41辆FT17，要不是德国空军的轰炸，俄军第17坦克师毫无疑问的将全歼3个罗军坦克师。如果那样的情形出现，敖德萨战役无疑将会持续更长的时间。
3月2日，罗军继续进攻，由于坦克部队正在进行整编，进攻由骑兵部队和步兵部队发起。下午1点，罗军推进至亚历山德罗夫卡镇时遭遇俄军第11骑兵师的反击。马上争雄的**使罗马尼亚骑兵们欢呼着一拥而上，双方展开了一场许久未见的大规模骑兵战。马刀间的对决还没有结果，双方步兵也挺着上了刺刀的步枪排着整齐的队列加入了战场。小镇里杀声震天，寒光闪烁，人头乱滚，鲜血横流。这是一场应该发生在中世纪的搏杀。下午4点，保加利亚第13步兵师加入了战场，新到的1万多把刺刀终于压垮了英勇顽强的俄军，俄国人的反击再一次失败了。
3日黎明，匈牙利第3步兵师在41辆FT17坦克的支援下向米哈伊洛夫卡镇发动进攻。俄军阵地上猛然响起的反坦克炮剖瓜切菜般的屠戮了20多辆坦克，坦克的支援指望不上了，匈牙利士兵们在军官的带领下冒着弹雨呐喊着冲进了俄军阵地。激战直到深夜才告结束，小镇被攻克了，匈牙利第3师的伤亡超过三分之一。
5日晨，安东尼斯库督军进攻俄军中层防线，敖德萨拖拉机厂的工人们给拖拉机安装了45毫米反坦克炮和锅炉软钢板，制成简易坦克投入作战，发挥了一定的作用，但最终还是全部毁于战场。战斗中的俄军反坦克炮手尤为神勇，面对驶近的罗军坦克无一后撤，连续射击直至战死炮位。。。
战局恶化使得俄军在10日调动了几乎所有部队进行反击，将敌军打退了6公里。16日，重新展开进攻的罗军第4集团军攻进了市区。19日，罗军发起最后的总攻，市内每一栋建筑，每一堆瓦砾，每一条沟壑都成为了残酷的战场。经历数天的激战后，俄军在敖德萨港进行最后的抵抗。24日，俄军最后的一个排仍在港口的一个工事中坚持作战，在罗军重炮的集火轰击下，敖德萨最后的抵抗被瓦解了。
24天的敖德萨战役，5万俄军基本是全军阵亡，罗马尼亚军队伤亡3.9万，匈牙利军队伤亡1.7万，保加利亚军队伤亡0.8万，总计约6.4万。罗军200辆FT17坦克全部战损，100辆R35坦克也只剩下10辆。
虽然作战结果差强人意，但德军总参谋部还是对友军的英勇表示了赞许，德国政府立即要求三国政府及时补充出征部队的损耗，并且向参战的友军部队赠送大批非德军制式的武器弹药。
安东尼斯库中将大胆的向德军南线兵团司令施泰尔上将发出了一份电报。电报中首先对德军的慷慨表示感谢，随即详细的回顾了300辆坦克在敖德萨战役中无法取代的作用。最后这位罗马尼亚将军表示，罗军的枪支火炮虽然性能都很一般，但却是勉强够用的，他更希望的是能够重建3个已经完蛋的坦克师。
施泰尔将军非常欣赏安东尼斯库，称其能够“将一群羊变成一群狼”，在施泰尔将军的建议下，德军总参谋部给安东尼斯库提供了500辆法制R35坦克和360辆德制1号坦克，这远远超过了两个将军最好的预期。
800多辆轻型坦克的到来让罗马尼亚军队欣喜若狂，大量罗马尼亚军队被调入第4集团军。到5月29日，安东尼斯库的第4集团军训练整补完毕时，这位中将已经拥有5个坦克师，2个骑兵师和11个步兵师，总计17万兵力，全部是罗马尼亚军队的精华。<div>