Чтобы окружить приморскую группировку противника, необходимо было отрезать ей пути отхода. Дунайская военная флотилия получает новую задачу – прорваться в дельту Дуная и высадить десанты в тыл противнику. Командующий флотилией приказал командиру 4-й бригады речных кораблей капитану 2 ранга П. П. Давыдову в ночь на 24 августа форсировать Килийское гирло Дуная, а командиру Керченской бригады бронекатеров капитану 3 ранга П. И. Державину высадить 384-й отдельный батальон морской пехоты у Жебриян, а затем следовать за бригадой речных кораблей к Килийскому гирлу и совместно с десантом овладеть районом Вилково, Килия.
Вечером 23 августа отряды кораблей вышли из Одессы. На рассвете суда с десантом были у Жебриян. После короткого боя десант занял селение. Это было полной неожиданностью для вражеских войск, выходивших из окружения со стороны озера Кундук. Здесь десантники выдержали тяжелый бой. Он кончился тем, что группа немецко-румынских войск на следующий день сложила оружие. В плен было захвачено около 5 тысяч солдат и офицеров.
А отряд кораблей прорыва под прикрытием торпедных катеров и авиации флота на рассвете 24 августа вошел в Килийское гирло Дуная и, не встретив сопротивления противника, начал движение вверх по реке. Утром он уже достиг Вилково и открыл огонь по скопившимся на берегу для переправы через Дунай вражеским войскам. В порт был высажен десант. Противник после короткого боя отошел, боясь оказаться в окружении: на северную окраину Вилкова вступили наши морские пехотинцы, высадившиеся в Жебриянах. В Вилково было пленено 2 тысячи солдат и офицеров противника.
Наши бронекатера шли вверх по Дунаю, уничтожая переправы, огневые точки и скопления вражеских войск по обоим берегам реки.
Быстрое продвижение советских войск предрешило судьбу профашистского правительства Антонеску. 23 августа в Румынии вспыхнуло вооруженное восстание. Положение немецких войск в Румынии стало шатким. Однако гитлеровское руководство еще не теряло надежды на восстановление своих утраченных политических и военных позиций. По приказу Гитлера немецкие войска начали наступление на Бухарест, а их авиация обрушила бомбовые удары на румынскую столицу. Тогда вновь сформированное правительство Румынии объявило фашистской Германии войну. В районе Бухареста и Плоешти начались бои между вчерашними союзниками – немецкими и румынскими частями.
После окружения кишиневской группировки войска 2-го и 3-го Украинских фронтов продолжали наступление в юго-западном и западном направлениях.
Командующий Черноморским флотом действующие в бассейне Дуная силы разделил на две группировки. Дунайская военная флотилия должна была продвигаться вверх по Дунаю, чтобы оказать помощь войскам 3-го Украинского фронта в переправе через реку, а сформированная Резервная военно-морская база Черноморского флота (командир – капитан 1 ранга А. В. Свердлов) получила задачу закрепиться в Вилково, а затем захватить Сулину и обеспечить свободу плавания в дельте и нижнем течении Дуная.
26 августа корабли флотилии заняли Тулчу, а отряд из шестнадцати бронекатеров и 384-й отдельный Николаевский батальон морской пехоты 27 августа овладели портом Сулина. Румынская речная флотилия капитулировала, и мы полностью овладели нижним течением Дуная. Приморская группировка противника была полностью окружена.
Важнейшими особенностями боевой деятельности сил Черноморского флота по овладению дельтой Дуная явились быстрое переразвертывание сил, стремительные темпы продвижения и умелое ведение самостоятельных действий до установления непосредственного контакта с сухопутными войсками. Это помогло черноморцам выйти к важнейшим дунайским портам и овладеть ими еще до подхода войск 3-го Украинского фронта. Днем 25 августа командующий Дунайской военной флотилией контр-адмирал С. Г. Горшков доносил из Килии наркому ВМФ и командующему Черноморским флотом: «Частей армии нет. Прошу уточнить обстановку на фронте».
Морская группа при штабе 3-го Украинского фронта тоже получила сообщение:
«Доложите Бирюзову: Килия занята десантом, и пока войска 46-й армии не вышли к Дунаю, положение Горшкова напряженное».
Перед Советскими Вооруженными Силами был открыт путь на Балканы.