К утру 14 января восставшие овладели штабом военного округа, вокзалом, телефонной станцией, почтой, телеграфом и объявили об установлении советской власти.

Однако в 6 часов утра 15 января части, верные УЦР, и юнкера начали боевые действия и захватили ж/д вокзал, куда начали прибывать свежие украинские части. Город разделился на две части, причем гайдамаки и юнкера вели наступление, методично выбивая восставших из центральных районов.

Перелом в боевых действиях наступил 16 января, когда на стороне ВРК в бой вступили корабли Черноморского флота — «Синоп», «Ростислав», крейсер «Алмаз», начавшие огнём своей артиллерии громить позиции гайдамаков и юнкеров. Со стороны ж/д станции Одесса-Товарная на гайдамаков наступал самоходный броневой вагон «Заамурец».

К 17 января революционеры отбили утраченные позиции и даже захватили юнкерское училище на 3-й станции Большого Фонтана. Юнкера и гайдамаки были вытеснены в район 16-й станции Большого Фонтана.

Вечером 18 января ЦИК Румчерода избрал Совет народных комиссаров Одесской советской республики, который признал высшую власть в лице Совнаркома Петрограда и советского правительства в Харькове. Председателем Совнаркома ОСР (СНКОР) был избран В. Г. Юдовский. Были утверждены народные комиссариаты и избраны временные комиссары финансов, продовольствия, труда и прессы. Командующим вооруженными силами ОСР был назначен бывший подполковник старой армии крестьянского происхождения М. А. Муравьев, ставший к тому времени высокопоставленным военачальником Советской России.

21 января 1918 состоялись похороны жертв трехдневной войны в городе. Не было ни своих, ни чужих — всех похоронили в братской могиле на Куликовом поле. За время боёв погибло 119 человек, 359 было ранено.

После победы в вооружённой борьбе победители устроили в городе резню. На броненосце «Синоп» была устроена плавучая тюрьма. На крейсере «Алмаз» войска М. А. Муравьёва устроили «Морской военный трибунал», куда арестованные офицеры свозились «на суд». Задержанных бросали в судовые печи или раздевали на палубе и обливая водой на морозе дожидались, пока обречённые не покрывались коркой льда, а затем уже сбрасывали ледяную глыбу в море. Всего в Одессе было казнено до 400 офицеров.

За время нахождения у власти Одесской Советской Республики без суда было убито до 2 000 человек. По большей части то были никем не санкционированные уличные расправы с «буржуазией», имеющие в своей основе уголовные, а не политические мотивы, так как в отрядах красногвардейцев, на которые опиралась власть ОСР, значительным был процент криминальных элементов, которых привлекала возможность безнаказанно грабить, «экспроприировать» и заниматься обыкновенной уголовщиной. В результате местное население относилось всё лояльнее к наступлению австро-германской армии, что позволило последней легко взять Одессу практически без боя.