Но в свою столицу он смог въехать только после 16 октября, когда советские войска оставили Одессу. Именно в этом городе румынские войска осуществили самые крупные массовые убийства еврейского населения. По различным оценкам, на момент оккупации в городе оставалось от 80 до 90 тысяч евреев. Сколько из них погибло в первые же дни оккупации, неизвестно до сих пор. Формальным предлогом для безжалостных массовых убийств стал взрыв мины в здании, в котором разместилось румынское военное командование. Были убиты генерал, 25 офицеров и унтер-офицеров и 35 солдат. Местные жители дважды предупреждали румынское военное командование, что дом заминирован. В этом признался сам Антонеску, когда его судили как военного преступника. Среди вещественных доказательств, на суде было представлено распоряжение Антонеску о немедленной казни 200 человек за каждого убитого румынского офицера и 100 человек - за каждого солдата. Об этом стало известно в Бухаресте, и Вильгельм Филдерман обратился к Антонеску с просьбой пощадить невинных людей. Именно одесские евреи, заявил Антонеску, были комиссарами в Красной Армии и они руководили бессмысленной (по мнению Антонеску) обороной Одессы, которая дорого обошлась румынской армии, за что и будут наказаны.

В румынских архивах сохранились документы, которые красноречиво свидетельствуют: массовые убийства производились именно военными по приказу из Бухареста. Так, например, генерал Тристеориану докладывал маршалу Антонеску, что повесил на площадях и бульварах Одессы около пяти тысяч человек, преимущественно евреев. Главный представитель немецкой разведки при румынской армии, полковник Родлер, сообщал своему начальству, что на следующий день после взрыва 19 тысяч евреев были убиты, а затем сожжены на территории одесского порта. В некоторых местах евреев загоняли в бараки и сжигали заживо. Во время суда над Антонеску, ему было предъявлено обвинение, что по его приказу в Одессе в эти дни были зверски убиты от 25 до 30 тысяч евреев. В 1944 году, когда Красная Армия стала приближаться к границам Румынии, Антонеску отдал распоряжение выкапывать трупы расстрелянных в противотанковых рвах возле Одессы и сжигать их.

Массовые убийства евреев проводились не только в Одессе, но и в ее окрестностях. Тот же полковник Родлер доносил в Берлин, что в районе Дальника было убито 40 тысяч евреев.

В своем исследовании Раду Иоанид сделал попытку оценить общие потери еврейского населения Трансистрии. Анализ документов позволил ему сделать вывод, что на этой территории было уничтожено более четверти миллиона человек. В этом кровавом вихре главную роль играли румынские военные, жандармы и гражданские власти. В массовых убийствах евреев принимали участие и печально известные немецкие эйнзатцкоманды, которые только в районе Березовки уничтожили 28 тысяч евреев. Однако в уничтожении евреев Трансистрии "доля" немцев оказалась значительно меньше румынской.