Замыслом операции предусматривалась высадка 166-го гвардейского стрелкового полка в районе Благовещенской, а 83-й морской стрелковой бригады и 143-го батальона морской пехоты у Соленого озера. Они должны были перерезать дороги Анапа – Соленое озеро и Анапа – Джигинская, не допуская по ним отход войск противника. Десанту придавалась радиостанция для вызова самолетов. Из необычных моментов нужно отметить полученные десантниками три тысячи противотанковых мин. Посадка войск проводилась в Геленджике. Командующим операцией стал Холостяков. Выход вечером 23 сентября был прерван начавшейся непогодой и повторился через сутки. К операции привлекались сторожевой корабль «Шквал», четыре базовых тральщика, 12 малых охотников, 26 десантных ботов, четыре моторных барказа и три посыльных катера. Кроме того, в обеспечении операции участвовали дозоры торпедных катеров. В ночь на 25 сентября погода снова испортилась, на переходе затонул один из десантных ботов. Поэтому два отряда укрылись в освобожденной 21 сентября Анапе. Только 3-й отряд (со стрелковым полком), маршрут которого пролегал прямо под берегом, сумел подойти к месту высадки у Благовещенской. На переходе сторожевой корабль «Шквал» с Холостяковым на борту дважды был безуспешно атакован парой немецких торпедных катеров. Дозорные катера у мыса Железный Рог имели стычку с немецкими БДБ, также находившимися в дозоре. В районе высадки немецкий флот так и не появился. На берегу противник пропустил момент подхода катеров и открыл огонь, когда высадка уже началась. Всего были высажены 820 человек при шести 45-мм пушках и 15 минометах. Противодесантная оборона на узкой косе вынужденно имела малую глубину и была быстро смята, а огонь с флангов из-за неясности обстановки не мог быть эффективным. Десантники заняли оборону фронтом на восток и перерезали пути отхода вдоль берега. Бой на косе до рассвета поддерживали огнем сторожевые катера. Командир 9-й румынской кавдивизии, которая оборонялась на этом участке, докладывал об уничтожении десанта и затем о прочесывании местности. Фактически румыны, которые вечером 25 сентября должны были начать марш на переправу и убыть с полуострова, бездействовали. Десантников атаковала одна немецкая рота, находившаяся в этом районе. Когда днем реальное положение дел стало известно в штабе 5-го армейского корпуса (он сам готовился к переправе в Крым), в район высадки были переброшены части 4-й немецкой горнострелковой дивизии. Они предотвратили дальнейшее расширение плацдарма. Румынская дивизия вечером вынуждена была уйти на переправу окольными путями вокруг лиманов. Десантники при поддержке ВВС ЧФ (56 самолето-вылетов, в т. ч. один Ил-2 сбрасывал грузы) удерживали плацдарм вплоть до подхода частей 55-й гвардейской дивизии и 5-й гвардейской танковой бригады, которые продвинулись вслед за отходящим на очередной рубеж противником.
83-я бригада и 143-й батальон были высажены восточнее Соленого озера в ночь на 26 сентября. На этот раз десантные отряды были встречены огнем с берега, а также атакованы парой дозорных БДБ. Атака с моря была отражена сторожевыми катерами, а оборона на берегу смята высадившимися десантниками. Всего на берег были доставлены 2047 человек при восьми 45-мм пушках и 22 минометах (в т. ч. три 120-мм). По району высадки вела огонь немецкая береговая батарея с мыса Железный Рог. Но поскольку в свете прожектора были видны только сторожевые катера, огонь велся по ним, а десантные боты разгрузились без особых помех.
При поддержке огня катеров и высаженной артиллерии десантники закрепились на плацдарме, но вглубь продвинуться не смогли. Флотская авиация поддержала их 26 вылетами ночью и 81 – днем. Так как сил для решения поставленных задач десанту явно не хватало, Петров приказал перебросить ему на помощь 8-ю гвардейскую и 107-ю стрелковые бригады. В ночь на 27 сентября их перевозку из Анапы начали не только катера десантных отрядов, но и торпедные катера. Поскольку за ночь перевозку не закончили, она продолжалась и в светлое время под огнем. Катера получали повреждения, неслись потери в личном составе. По воспоминаниям Холостякова, в какой-то момент он начал опасаться, что все закончится как в Южной Озерейке. Тем не менее удалось перебросить 5354 человека с 24 пушками и 17 минометами. К исходу дня с десантниками соединились передовые части 18-й армии. Однако немцы удержали господствующие высоты и не дали перерезать пути отхода своих арьергардов на очередные отсечные позиции. Десант не решил поставленных задач. Десантные отряды 25–27 сентября, помимо затонувшего в непогоду бота, потеряли на донных минах на рейде Анапы малый охотник и три десантных бота. Это, а также удар, нанесенный немецкими торпедными катерами по открытому рейду Анапы в ночь на 28 сентября (были потоплены два катера-тральщика), заставило прекратить использование данного порта, выведя из него все корабли.