Para defender Sebastopol, el ejército costero soviético contaba con casi 106.000 hombres, 600 cañones, unos 100 morteros y 38 tanques; En los aeródromos de defensa perimetrales soviéticos se alinearon 55 aviones en condiciones de volar. Por su parte, el 11.º ejército alemán era fuerte con 204.000 hombres, 670 cañones -de calibres que oscilaban entre 76 y 800-, 450 morteros, 720 tanques y 600 aviones. Para aislar la ciudad del mar, los alemanes emplearon una flota de buques de guerra costeros con base en Yalta, Evpatoria y Feodosia. Después de cinco días de preparación de artillería y bombardeos aéreos, las primeras tropas de asalto entraron en acción en la mañana del 7 de junio. El ataque principal, confiado al 54.º cuerpo, se ejecutó en el sector Belbek-Kamychly. Mientras tanto, el 30.º Cuerpo avanzaba por la carretera de Yalta. Los alemanes esperaban dislocar el frente y reducir la defensa poco a poco, pero los soviéticos resistieron ferozmente y los atacantes tuvieron que detenerse tras algunos éxitos locales. No consiguieron penetrar en North Bay hasta el 18 de junio, tras la llegada de refuerzos destacados del XVII Ejército. El día 23 los rusos se retiraron al sur de la bahía, manteniendo así su frente, pero su situación era ahora desesperada. Las municiones se estaban acabando y, después del día 26, ningún barco de superficie pudo llevar refuerzos y equipos a la ciudad sitiada. En la noche del 28 al 29, los alemanes establecieron una cabeza de puente en la costa sur de North Bay. Y cuando entraron en Sebastopol el 3 de julio, comenzó la evacuación.
