К 28 марта войска 3-го Украинского фронта насчитывали в своем составе 57 стрелковых и 3 кавалерийские дивизии, танковый и механизированный корпуса — 470 тыс. человек, 12 678 орудий и минометов (без 50-мм), 435 танков и самоходно-артиллерийских установок, 436 боевых самолетов.

Противостоящие фронту войска 6-й немецкой и 3-й румынской армий к этому же времени имели 20 дивизий (16 немецких, 4 румынские), 2 танковых батальона, 8 бригад штурмовых орудий. Они насчитывали 350 тыс. человек, около 3200 орудий и минометов, 160 танков и штурмовых орудий. На этом направлении противник мог использовать до 550 боевых самолетов 1-го авиационного корпуса 4-го воздушного флота немцев и румынского авиационного корпуса.

Хотя наши войска и обладали некоторым превосходством в силах, перед ними стояла сложная задача, так как враг занимал выгодные позиции. В глубине его обороны были подготовлены рубежи по рекам Тилигул, Бол. Куяльник, Мал. Куяльник, Днестр. Особенно сильно укреплялись подступы к Одессе. Трудности предстоящей операции усугублялись распутицей, которая ограничивала маневр войск и подвоз материальных средств.

Учитывая опыт предыдущих операций, командование фронта и армий обратили особое внимание на всемерное повышение подвижности войск с целью быстрого обхода узлов сопротивления и опорных пунктов врага, выхода им в тыл и захвата важных узлов дорог, переправ и мостов на реках. Поэтому наряду с подготовкой к боевым действиям 23-го танкового корпуса и конно-механизированной группы генерала И. А. Плиева (4-й гвардейский механизированный и 4-й гвардейский кавалерийский корпуса), в каждой дивизии было приказано создать подвижный передовой отряд в составе до роты автоматчиков, взвода саперов на автомашинах, с одним-двумя 45-мм орудиями или самоходно-артиллерийскими установками.

В ночь на 28 марта 61-я гвардейская стрелковая дивизия Л.Н. Лозановича и 243-я стрелковая дивизия полковника Макария Ивановича Тополева из состава 6-й армии на подручных средствах форсировали р. Ингул и в 3 часа 28 марта с севера ворвались в Николаев. К 4 часам советские части прорвались в центр города. Одновременно 130-я стрелковая дивизия 5-й ударной армии под командованием полковника К.В. Сычева переправилась через р. Ингул и совместно с другими дивизиями армии, наступавшими с востока, ворвалась в Николаев. С юга на город наступали части 28-й армии. К утру 28 марта советские войска полностью очистили Николаев. 

В течение 27 и в ночь на 28 марта войска правого крыла фронта вели упорные бои по расширению ранее захваченных плацдармов на правом берегу Южного Буга. Преодолевая сопротивление врага, 57-я и 37-я армии к исходу 28 марта расширили плацдарм до 45 км по фронту и от 4 до 25 км в глубину.

Приказами ВГК ряду частей и соединений присвоено наименование «Николаевских». Среди них 108-я гвардейская стрелковая дивизия, воины которой, спустя две недели освобождали Одессу.

Войскам, участвовавшим в освобождении Николаева, приказом ВГК от 28 марта 1944 г. объявлена благодарность и в Москве дан салют 20 артиллерийскими залпами из 224 орудий.