1940年，羅馬尼亞軍官安東尼斯庫發動政變，建立了獨裁政權。同年10月，羅馬尼亞加入軸心國陣營，後來作為德軍的僕從軍，一同參與侵略蘇聯。羅馬尼亞先後派遣22個師投入東線作戰，在兵力上遠勝過其他僕從國如匈牙利、保加利亞甚至三國軸心之一的義大利。蘇德戰爭初期的敖德薩戰役就是以羅軍為主進行的一次攻堅戰，它是羅馬尼亞軍隊在東線發動的最強的一次進攻。 (博訊 boxun.com)
1941年7月27日，希特勒授予安東尼斯庫陸軍元帥軍銜，並要求羅馬尼亞軍隊在德軍支援下攻佔蘇聯黑海港口城市敖德薩(Odessa)，切斷蘇聯通過敖德薩從黑海向烏克蘭輸送兵力和物資的渠道，同時也方便德軍抽出兵力進犯蘇聯腹地。
8月3日，羅軍第4集團軍在司令尼古拉伊．索皮卡中將指揮下橫渡德涅斯特河。羅軍計畫兵分兩路，左翼第3集群(轄羅軍第1、第3、第7步兵師和第2坦克團)負責正面強攻敖德薩，右翼第5集群(轄羅軍第15步兵師、第1裝甲師和第1騎兵旅)負責由敖德薩以南發起側攻。
面對嚴峻形勢，蘇軍大本營下令組建敖德薩防區，統轄紅軍獨立濱海集團軍、黑海艦隊敖德薩基地和民兵部隊，圍繞敖德薩市區修筑了由戰壕、碉堡和反坦克炮陣地組成的三道防線。外圍防線距市區25-30公里，全長80公里；中層防線距市區6-8公里，全長30公里；最後的防線即敖德薩市區。蘇軍投入防禦兵力為第 25和第95步兵師、第9騎兵師、第421海軍步兵旅(由黑海艦隊水兵組成)、第54步兵團及1個內務團，總共3.5萬人，配以240門火炮和111架飛機。
蘇軍空襲剛過，步兵高喊著「烏拉」潮水般扑來
8日，羅軍發起總攻。14日，羅軍第1騎兵旅突破外圍防線，孤軍深入至亞歷山德羅夫卡(Alexandrovka)鎮，原地轉入防禦，等待後續跟進的羅軍第1裝甲師。下午，隨著遠處傳來隆隆的螺旋槳聲，很快天空中出現了數架被喻為「黑色死神」的蘇軍「伊爾-2」強擊機。它們噴吐著火舌扑向地面，一排排彈雨過後，羅軍人仰馬翻，一些受傷後倒地的戰馬苦苦掙扎，發出聲嘶力竭的哀嚎。
空襲剛過，四面八方就湧出難以計數的蘇軍士兵，他們口中高喊著「烏拉！」潮水般扑向羅軍。雙方隨即展開了一場中世紀般的搏殺：羅軍騎兵抽出鋒利的馬刀，策馬出擊；蘇軍步兵排著整齊的隊列，步槍上好了雪亮的刺刀，殺向羅軍騎兵。一時間，小鎮裡殺聲震天。戰至下午，羅軍第1裝甲師趕到，羅軍才擋住蘇軍的反擊。
隨後幾天，羅軍不斷進攻，不久佔領了敖德薩城外的蓄水池，切斷了市內水源，使敖德薩軍民只能依靠海運的淡水維持生命。
18日黎明，羅軍2個步兵團以1個坦克團為先導向敖德薩外圍防線的米哈伊洛夫卡鎮發起進攻。羅軍坦克剛剛前進不久，對面陣地上就閃起一道道光暈，蘇軍密集的反坦克炮火像雨點般襲來。轉眼間羅軍20餘輛捷克制35(t)輕型坦克便被接連命中，坦克團團長當即斃命。失去坦克支援的2個羅軍步兵團仍然拚死衝鋒，殺進鎮裡，戰鬥異常慘烈，包括2個團長在內的半數羅軍軍官陣亡。當日夜，羅軍終於徹底控制該鎮。
24日，羅軍全面突破了蘇軍外圍防線，敖德薩市區已進入羅軍重炮射程之內。
空襲切斷蘇軍補給，戰鬥從外圍逼近市區
28日晨，隨著隆隆炮聲，羅軍打響了對蘇軍中層防線的進攻戰。蘇軍頑強抵抗，敖德薩市內，拖拉機廠工人配合蘇軍為拖拉機安裝45毫米反坦克炮，改裝成簡易坦克投入戰鬥；戰場上，蘇軍反坦克炮手，面對駛近的羅軍坦克，無一後撤，連續開炮直至戰死炮位。
13日，為打破僵局，羅軍集中了兩個師再度發起強攻，突然遭遇大量蘇軍抵抗，全天僅推進300米，打頭陣的一個步兵師傷亡巨大，不得不撤出戰鬥，由其他部隊頂替。後據情報顯示，原來蘇軍剛從黑海將1個步兵師約12600人運抵敖德薩防線。
羅軍很快組織對敖德薩港口的大規模空襲阻止蘇軍的補給和增援。15日、16日，德國空軍和羅馬尼亞空軍聯合出動了9個轟炸機大隊對敖德薩港口展開轟炸。羅軍轟炸機低空接近，使善於對付高空目標但射速慢的蘇軍重型高炮難以發揮優勢。空襲給蘇聯海軍運輸補給艦隊致命打擊，擊沉蘇軍驅逐艦、炮艇、拖船、運輸艦各 1艘，擊傷多艘，使蘇軍在敖德薩的海上支援一度中斷。
9月21日，羅軍終於突破了蘇軍中層防線，羅軍第7騎兵旅一部突入了敖德薩東部市區，跟進的羅軍炮兵立即對敖德薩港口進行封鎖射擊，致使蘇聯海軍運送補給的艦隻無法出入港口。
蘇軍戰鬥到最後一個排
被逼上絕路的蘇軍在9月22日發動了整個戰役中規模最大的一次反擊，出動了駐防市內的2個步兵師，並從海上登陸1個團的海軍陸戰隊進行配合。進攻發起前，蘇軍在羅軍第7騎兵旅後方空降了一個小分隊，他們襲擊了一個羅軍團指揮部，並四處活動，造成大部隊空降的假象。羅軍一時驚慌失措，竟然主動後撤了6公里。
蘇軍短暫的勝利只換回了不到10天的平靜。羅軍很快重新集結力量在部分德軍配合下，掃清了市區外圍的防禦工事，左右翼集群合成了一個包圍圈，並逐漸壓縮，不少部隊攻入市區，羅軍的炮火開始日夜不停地轟擊敖德薩市區的每寸土地。
10月12日，羅軍拼湊了所有兵力，向敖德薩市區內蘇軍發起了最後的總攻。市區內蘇聯紅軍余部在市民的支持下，與侵略者進行了最後的戰鬥。每一棟建築、每一間屋子都成了殘酷的戰場。
又經歷了幾天激烈的戰鬥後，還在蘇軍手中的只剩下了敖德薩港口。16日，隨著港口外最後一艘蘇軍驅逐艦駛離，防守蘇軍失去了最後的炮火掩護，但僅剩的一個排的蘇軍仍在一個港口要塞裡阻擊著羅軍。這些敖德薩最後的保衛者為蘇維埃祖國盡完了最後的義務，下午4點，在重炮的轟擊下，要塞被徹底摧毀。當夜，羅軍攻陷整個敖德薩市。
代價昂貴的最強一擊
從1941年8月8日至10月16日的敖德薩戰役最後以羅軍的勝利告終。德軍藉此切斷了蘇軍從黑海通向烏克蘭的運輸線，並順利地控制了整個烏克蘭。
羅馬尼亞軍隊在這次戰役中付出了慘重的代價，傷亡8.1萬人(其中17729人陣亡)，失蹤11471人(多數被俘)。蘇軍在敖德薩戰役中傷亡4.1萬(其中陣亡16578人)。
此後，羅馬尼亞軍隊還參加了1941年克里米亞半島戰役、1942年斯大林格勒戰役以及同年的高加索戰役，大多充當德軍配角。值得一提的是在斯大林格勒戰役中，面對蘇軍的強大反攻，負責保護德軍側翼的羅馬尼亞第4集團軍潰不成軍，在相當程度上導致了德軍的最終失利。
羅馬尼亞軍隊在戰爭中的重大損失，使其國內民眾怨聲載道，反對安東尼斯庫獨裁統治的呼聲日趨高漲。1944年8月，轉入反攻的蘇聯紅軍重兵進抵羅馬尼亞東北部，羅馬尼亞共產黨人趁機領導武裝起義，推翻了安東尼斯庫政權，羅馬尼亞轉而加入了反法西斯陣營，羅軍的倒戈也加速了德國法西斯的滅亡。
