Перед войсками генерала Малиновского стояла довольно непростая задача: сломить сопротивление немецко-румынской группировки, состоящей из шестнадцати немецких и четырех румынских дивизий, восьми бригад штурмовых орудий и других соединений. Группировка противника насчитывала 350 тысяч солдат и офицеров при 3200 орудиях и минометах, 160 танках и штурмовых орудий и 550 самолетах, включая полторы сотни боевых машин ВВС Румынии.

Из воспоминаний генерала Маргелова: «Бои на улицах Одессы были характерны своей стремительностью, неожиданными изменениями обстановки. Немцы, потеряв укрепленные позиции, метались по улицам, сотни их автомашин образовали на улицах непроходимые пробки.

Гвардии сержанты Макарьян и Орехов, пробираясь вперед, забегали в дома и из окон бросали гранаты в идущие колонны немецких автомашин, били по ним из автоматов. Все это сеяло в рядах врагов панику.

Отлично выполнил поставленную задачу 144-й гвардейский стрелковый полк под командованием гвардии полковника А. Г. Лубенченко. Умело действовали командир 3-го стрелкового батальона 149-го гвардейского стрелкового полка гвардии капитан Солодилов, командир 1-й роты гвардии младший лейтенант Степаненко.

Жители города тоже сражались. Они показывали, где засел враг, сами брали в руки оружие.

В боях за Одессу части дивизии захватили большие трофеи — 600 автомашин, 100 вагонов с различными грузами, 8 паровозов, 100 мотоциклов, 6 складов с различным военным имуществом, 15 авиационных двигателей. Саперы дивизии разминировали в городе ряд объектов, в том числе и всемирно известный Оперный театр.

Дивизионные разведчики захватили в порту готовые к отплытию корабли противника с различным имуществом, в том числе с немецкими легковыми автомобилями».

Одну «иномарку» разведчики отогнали в свой тыл и после завершения операции подарили в качестве трофея командиру дивизии. На ней он постоянно ездил до самого конца войны.

К 15 часам 10 апреля 1944 года соединениями 2-го Украинского фронта Одесса была освобождена.

В приказе Верховного главнокомандующего от 10 апреля 1944 года личному составу дивизии за отличные боевые действия в боях против немецко-фашистских захватчиков в освобождении города Одессы объявлена благодарность, дивизия награждена орденом Суворова 2-й степени.

Освобождение Одессы стало одной из блистательных побед Красной армии. Многие офицеры и солдаты были за него награждены орденами и медалями. Орденом Суворова наградили и командира 49-й дивизии гвардии полковника Маргелова.

Боевую характеристику на него писал командир 37-го стрелкового корпуса генерал-майор С. Горохов. В ней указывалось, что полковник тов. В. Ф. Маргелов «достоин присвоения военного звания “ГЕНЕРАЛ-МАЙОР”». Там же сообщается следующее: «Дивизия под командованием тов. Маргелова за весь период наступательных боев показала себя сколоченной боевой единицей, способной выполнять любую поставленную задачу.

В боях за города Николаев и Одессу, в результате повседневных наступательных боев, дивизия под командованием Героя Советского Союза гвардии полковника МАРГЕЛОВА нанесла чувствительный урон в живой силе и технике противника, уничтожено: солдат и офицеров противника — 592, взято в плен — 43, пулеметов — 36, орудий разного калибра — 14, минометов — 14, автомашин — 15, повозок — 50. Захвачено — орудий разного калибра — 7, винтовок — 237, автоматов — 54, пулеметов — 23, автомашин — 981, тягачей — 24, тракторов — 31, паровозов — 6, железнодорожных вагонов — 843, складов разных — 9, также другого военного имущества».