Москва требовала оборонять Киев и Одессу до последней возможности. Но 25 августа красным войскам пришлось сдать Одессу. Затем пал Киев. Бригада Котовского в составе Южной группы из трех дивизий с трудом пробилась из «мешка» на север Украины, где, пройдя с боями путь в 400 километров, соединилась с главными силами Красной армии. Котовцы шли в арьергарде, прикрывая отход.
Бригаде Котовского времени на отдых не дали. Ей приказывалось сменить на позиции Интернациональный полк, державший оборону против белых добровольцев. Чтобы исправить ситуацию, Григорий провел ночную атаку на вражескую позицию. В боевом донесении в штаб дивизии он писал:
«Лихой атакой в 6 часов утра 400-м полком совместно со спешившимся 1-м эскадроном кавалерии противник выбит из с. Новой Гребли. Захвачены три пулемета “максим”, 10 000 патронов, 60 винтовок. Противник отброшен за реку. Переправа занята нами».
После доформирования бригаду Котовского перебросили с Украины по железной дороге под Петроград, которому угрожала Северо-Западная добровольческая армия генерала Н. Н. Юденича. Бригада расположилась в Царском Селе, но в боях принял участие только один ее кавалерийский полк.
Котовский сильно простудился, и его положили «под приказом» в госпиталь. Бригада, временное командование которой принял начальник штаба Каменский, была переброшена из-под Петрограда на Южный фронт, где вела бои с деникинцами у Конотопа, Сум, Полтавы.
Прибыв в штаб 45-й стрелковой дивизии, входившей в состав сил 14-й армии, выздоровевший Григорий Иванович получил 12 января 1920 года приказ сформировать для дивизии кавалерийскую бригаду. Основой ее стал конный полк прежней бригады Котовского. Затем было приказано выступить к Вознесенску, от которого до Одессы считалось полторы сотни верст. Вознесенск был взят с боя. После этого деникинцы попытались вернуть город, но безуспешно.
14-я армия Юго-Западного фронта в январе 1920 года действовала успешно. 30-го числа она освободила Херсон, на следующий день – Николаев и Вознесенск. Командующий фронтом А. И. Егоров, довольный такими результатами, вместе с тем не скрывал своей озабоченности: Одесса все еще была в руках белых.
Дивизии 14-й армии продолжали наступать, совершая выход в глубокий тыл группе генерала Н. Н. Шиллинга, отрезая ее от надежных путей сообщений и тыловых баз, и одновременно угрожая портовой Одессе, которую оборонял отряд генерала Стесселя. Этот отряд состоял из офицерских частей и государственной стражи, был боеспособен. Одновременно другой деникинский генерал, Н. Э. Бредов, отрезанный со своим 12-тысячным отрядом от главных сил, отходил в Бессарабию к переправам через Днестр в районе Маяки и Тирасполь.
Ситуация в полосе Юго-Западного фронта говорила за то, что славный город Одессу белым было не удержать. На нее наступали 41-я стрелковая дивизия начдива А. М. Осадчего, усиленная бригадой 45-й стрелковой дивизии, и кавалерийская бригада Г. И. Котовского. Причем на их пути не оказалось надежных заслонов и каких-либо естественных преград.
Бригада Котовского, которая следовала в голове колонны советских войск, сыграла главную роль в операции по освобождению Одессы. Она внезапным ударом 7 февраля захватила железнодорожную станцию Застава-первая (вблизи нее был подбит вражеский бронепоезд) и оказалась в городских пригородах.
После этого на рассвете котовцы (действуя с тыла белого гарнизона) и полки красных стрелков, атакующие с фронта, ворвались в саму Одессу. Жарких уличных боев за город не случилось. Наступление противника для белых оказалось настолько неожиданным, что они не успели эвакуироваться, хотя такая возможность у них была. Следует сказать, что советским войскам большую помощь оказали восставшие в городе рабочие, поднявшиеся по призыву подпольного ревкома.
В Одессе в плен попало около 3,2 тысячи солдат и офицеров, в качестве трофеев захвачено более 100 орудий, 4 бронепоезда, 4 бронеавтомобиля, несколько сот тысяч снарядов и патронов. То есть все тыловые склады, которые не успели сжечь или взорвать.
Кавалерийская бригада Григория Котовского в Одессе не задержалась. Был получен приказ совместно с 41-й и 45-й стрелковыми дивизиями спешить к Днестру, куда уходила бредовская войсковая группа численностью в 12 тысяч человек. На днестровских берегах завязались бои, и исходу 12 февраля части генерала Бредова оказались разгромленными. Только небольшой их части удалось прорваться вдоль берега Днестра на северо-запад и в последующие дни соединиться с белопольскими войсками. В степях Новороссии имя Котовского, как народного героя, прозвучало еще раз.
12 февраля кавалерийская бригада Котовского освобождает город Тирасполь. Вскоре приказом командующего Украинским военным округом А. И. Егорова меняется статус бригады – она становится Отдельной кавалерийской и убывает на Польский фронт.
