Бригада Котовского заняла местечко Потоцкое в 40 верстах от Одессы. Там имелась телеграфная станция. На вызов из Раздельной Котовский ответил: «Я – Одесса», предварительно отключив Одессу. И принял следующее сообщение: «Принимайте точную оперативную сводку. Красная 41 дивизия южнее Березовки, 45 дивизия севернее Березовки и конная армия Котовского в самой Березовке. Прошу выставить сильную охрану со стороны станции Сортировочная, а также организовать оборону Пересыпи. Все, Генерал Шевченко. Кто принял сводку?».
Котовский приказал телеграфисту ответить: «Сводку принял Котовский».
Генерал возмутился: «Что за безобразие в такое время заниматься шутками!».
Потоцкое ответило еще раз: «Сводку принял Котовский».
Тогда Шевченко предложил красному комбригу: «Союз спасения родины предлагает Вам опомниться и повести свою конницу против большевиков».
Котовский ответил: «С малых лет я веду борьбу с эксплоататорами рабочих и крестьян и буду вести до тех пор, пока вы окончательно не будете уничтожены. Часа через три ждите меня в Одессе».
На этом переговоры прекратились. Бригада Котовского 7 февраля ворвалась в Одессу со стороны Пересыпи, причем белогвардейская застава первоначально приняла котовцев за своих. Они прошли Пересыпский мост и двинулись по Московской улице, по Нарышкинскому спуску, Преображенской и Тираспольской улицам. Котовский артиллерийским огнем разбил железнодорожное полотно между Одессой и станцией Застава, закрыв деникинским эшелонам путь отступления в Бессарабию. Впрочем, в этой не было большой нужды, так как румыны все равно не собирались пускать за Днестр белогвардейцев. Затем котовцы начали обстреливать порт. С других направлений в Одессу также вступили пехотные части 41-й дивизии Ю. В. Саблина, которой бригада Котовского была подчинена в оперативном отношении. Потом это породило спор, кто первым вошел в Одессу, Саблин, или Котовский. После того, как в 1937 году Юрий Владимирович Саблин был расстрелян по делу Тухачевского, о его роли в освобождении Одессы было приказано забыть. Пока же котовцы и саблинцы вместе выбивали белых из Одессы. Лишь немногие деникинцы смогли эвакуироваться на французских и британских судах. Часть белогвардейцев, среди которых было много офицеров, а также гражданских беженцев, стали отступать пешим порядком в Бессарабию, однако румыны, за редким исключением, не пропускали их через границу, не желая вмешиваться в русскую гражданскую войну.
Утром 8 февраля Котовский докладывал Саблину: «У вас, товарищ начдив, полнейший кавардак. Прошло пять часов с момента, когда вы обещали прислать смену на станцию Застава 1, а ее нет. Тов. Саблин, связь поставлена до невозможности плохо, даже на вокзале главном ни до кого не дозвонишься. С городом никакой телефонной связи, т. е. с штабдивом. Прижмите вашего начальника связи, чтобы он установил связь с вокзалами и заставами, не забудьте, что Застава первая есть рубеж… Оставляю взвод еще до девятнадцати часов. Если ему не прибудет смена, он уйдет на Маяки».
Смена, наконец, подоспела, и котовцы пошли в наступление на Маяки.
В тот же день вечером Котовский докладывал Саблину: «8-го февраля, 12 часов 20 минут. Доношу, что доблестная, вверенная мне кавбригада и батарея, исполняя данную ей задачу, в своем направлении на Маяки настигла неприятеля в селении Николаевское, оно же Фронталь. Противник состоял из следующих частей: Уланский полк, 75-й Севастопольский, 42-й Навагинский, запасный батальон, инженерные части и четырехорудийная батарея. Кавбригада повела наступление и после часового боя и отчаянного сопротивления противника разбила его наголову. Остатки неприятеля в панике бежали в направлении Маяки–Овидиополь. Захвачены четыре орудия, восемь пулеметов, громадный обоз и более двухсот пленных. Офицерство частью перебито в бою, частью застрелилось само. По последним сведениям, полученным от крестьян, противник в большом количестве движется по берегу Днестра от Тирасполя к Маяки, где он решил во что бы то ни стало удержать переправы».
9 февраля 1920 года начдив 41-й доносил в штаб 12-й армии: «Кавчасти 7 февраля на рассвете выступили из села Кубанка и пошли к городу Одесса со стороны Пересыпи. Неприятель, засевший в центре, упорно сопротивлялся. Кавбригада, окружив город со стороны заставы, первой выбила оттуда противника, парализовала бронепоезда и тем самым способствовала занятию города. Продвигаясь дальше во исполнение приказа по 41 дивизии, 8 февраля в 20 часов настигла в Дальнике противника, разбив его наголову».
11 февраля 1920 года Котовский телеграфировал в штаб 41-й дивизии, что 10 февраля кавбригада весь день выбивала и обезоруживала противника, засевшего в плавнях. 12 февраля котовцы заняли Тирасполь.
Бывший командир батальона 405-го полка в бригаде Котовского К. А. Тиманюк вспоминал последний бой с «непримиримыми белыми» под Тирасполем: «Темнеет… Подъезжает Котовский, говорит мне: