Румыны не замечали отхода советских войск до самого последнего момента, а обнаружив его в последний день, долго пробивались сквозь плотные минные поля.

Германское командование беспокоило, что румыны никак не могут овладеть Одессой. Начальник Генштаба Франц Гальдер 20 августа записал в дневнике: «Одесса все еще продолжает вызывать беспокойство. К северо-западной окраине города подошла только одна румынская пограничная дивизия. Пока еще вызывает сомнение вопрос, доросло ли румынское командование и его войска до выполнения такой задачи». В ночь на 9 октября, прикрывая эвакуацию, советские войска контратаковали и взяли до 500 пленных и штаб 33-го румынского пехотного полка. 11 октября командование группы армий «Юг» обещало румынскому командованию предоставить к 24 октября немецкую пехотную дивизию и тяжелую артиллерию для нового штурма Одессы. Однако из-за эвакуации советских войск этот вопрос отпал.

Потери советских войск в ходе обороны Одессы составили, по официальным данным, 41 268 человек (16 578 убитыми и пропавшими без вести и 24 690 ранеными и больными). Эти данные кажутся значительно приуменьшенными, особенно в части безвозвратных потерь. По румынским данным, под Одессой было взято около 16 тыс. советских военнопленных. Тогда получается, что при обороне Одессы советские войска практически не имели потерь убитыми, что абсурдно. Можно предположить, что безвозвратные потери в реальности были в 2–3 раза выше и составили никак не менее 33 тыс. человек. Румынские войска потеряли 92 545 человек (17 729 убитыми, 63 345 ранеными и 11 471 пропавшими без вести), а также 19 танков и 205 орудий и минометов. Скорее всего, безвозвратные потери сторон были примерно равны между собой или даже небольшое превосходство было на румынской стороне, а раненых в румынской армии было в 2,6 раза больше. По румынским данным, было уничтожено 151 советский самолет и 20 румынских самолетов. Советский флот потерял 46 транспортов, из которых 12 были потоплены авиацией, а большинство погибло на своих минных полях или вследствие кораблекрушений. Большинство советских самолетов было уничтожено на земле атаками с воздуха или артобстрелом, особенно в последние недели обороны города, когда вся его территория простреливалась румынской артиллерией. Советская сторона утверждала, что было уничтожено около 200 румынских самолетов и около 100 танков, что преувеличивало истинные потери соответственно в 10 и 5 раз. В советских донесениях также утверждалось, что было выведено из строя до 160 тыс. румынских солдат и офицеров, что преувеличивало истинные потери в 1,7 раза.