Хотя немцы по плану «Брунхильда» должны были оставить Новороссийск через несколько дней, в оставшееся время они продолжали ожесточенную борьбу за город. Были переброшены резервы с бронетехникой и при поддержке авиации, включая пикирующие бомбардировщики, противник пытался уничтожить очаги сопротивления. Характерно, что сначала часть резервов, включая батарею штурмовых орудий, была направлена в район южнее Анапы, т. е. к мнимому месту якобы запланированного десанта. В ходе первых же контратак большая часть 1-го и 2-го десантных отрядов была отрезана от берега. В течение дня наша артиллерия израсходовала на поддержку десантников 1207 снарядов, а авиация сделала 253 вылета, что во многом смогло предотвратить полную катастрофу.
Высадка 2-го эшелона, которую по плану следовало осуществить в ночь операции, сорвалась из-за задержки с высадкой 1-го эшелона и выхода из строя большого числа катеров. Удалось переправить лишь 455 человек, в том числе 370 доставили в светлое время под очень сильным огнем тихоходные катера-тральщики санитарного отряда. При этом один катер погиб. В ночь на 11 сентября из 2-го эшелона были переброшены 2602 человека – главным образом, на участок 3-го десантного отряда, где десант действовал единой организованной группой и были ликвидированы огневые точки на берегу. При этом погибли пять торпедных катеров и два малых охотника, многие катера были повреждены. Получивший солидное подкрепление 3-й десантный отряд к утру 11 сентября занял цементный завод «Пролетарий» и другие районы и в полдень соединился с наступавшими частями 318-й дивизии. Остальные отряды продолжали борьбу в окружении. В последующие ночи в Новороссийск удавалось прорываться некоторым катерам, которые доставляли грузы и вывозили раненых (всего 10–15 сентября вывезено около 1000 человек). В ночь на 14 сентября были высажены 83 человека при двух ДШК и двух 82-мм минометах. Кроме того, 393-й батальон снабжался с воздуха (16 вылетов Ил-2).
На участке 318-й дивизии в бой ввели 55-ю гвардейскую дивизию, которая пыталась пробиться к 393-му батальону. Ей это удалось к исходу 13 сентября, но героическая рота Райкунова продолжала бои в окружении еще двое суток. В ночь на 16 сентября к остаткам 255-й бригады смогла пробиться Западная группа войск 18-й армии. Эти успехи объясняются тем, что 15 сентября немцы начали 2-й этап операции «Брунхильда» – отвод войск с линии фронта. 5-й корпус, в секторе которого находился Новороссийск, начал отходить на позицию «Зигфрид». К утру 16 сентября отвод был завершен, причем арьергард сумел безнаказанно оторваться от наших войск. Утром 16 сентября 18-я армия заняла опустевший Новороссийск.
В отечественной литературе Новороссийская операция считается успешной. К сожалению, анализ показывает, что единственным успехом этой операции стало частичное спасение новороссийского порта от разрушения. За этот успех пришлось заплатить дорогую цену. Если бы немцы не начали заранее запланированный отход, результатом Новороссийской операции скорее всего стал бы небольшой выигрыш территории на участке 318-й дивизии. 1-й и 2-й десантные отряды в лучшем случае ждал бы прорыв остатками сил к своим.
Главными причинами такого исхода операции были, во-первых, многократно доказанная в 1943 г. неспособность СКФ прорвать фронт при имевшихся плотностях немецких войск и огневых средств. Во-вторых, артиллерия не смогла подавить огневые точки и батареи противника в Новороссийском укрепрайоне. А без такого подавления высадка в порт и снабжение десанта превращались в дорогостоящее и малоуспешное предприятие.
Одним из последствий операции стало резкое ослабление бригад торпедных катеров, которые понесли тяжелые потери в материальной части. Использование торпедных катеров в районах, насыщенных огневыми средствами, было признано нецелесообразным. Но к этому вынужденно прибегали и в дальнейшем.
После освобождения Новороссийска наступление Северо-Кавказского фронта по-прежнему развивалось тяжело. Немцы, успешно отражая все наши попытки прорывов, последовательно отходили с одного заранее подготовленного рубежа на другой. Чтобы найти выход из этого тупика, Петров 21 сентября приказал Владимирскому высадить десанты у Темрюка и в районе Благовещенская – Соленое озеро. Десант следовало высадить в ночь на 24 сентября, т. е. на подготовку отводилось около 30 часов. Поскольку только что проводилась Новороссийская операция, дополнительная подготовка личного состава и материальной части не требовалась. Однако серьезной проблемой было снижение количества исправных катеров, получивших повреждения в прошедшей операции. С огромным напряжением удалось отремонтировать необходимое для высадки число плавсредств. Они были разделены на три отряда.