Командующий фронтом нанес удар по обороне противника с воздуха силами 8-й воздушной армии. Командиры корпусов ввели в бой штурмовые группы, а затем и вторые эшелоны стрелковых дивизий. Артиллерия вела огонь прямой наводкой по огневым точкам и оборонительным сооружениям противника. Продвигаясь метр за метром, уничтожая сопротивляющегося врага, советские солдаты упорно продвигались вперед. В 19 часов 30 минут части 77-й (командир – полковник А. П. Родионов) и 32-й гвардейской (командир – полковник Н. К. Закуренков) стрелковых дивизий вышли на гребень Сапун-горы. К исходу дня этот мощный опорный пункт обороны противника был взят (на Сапун-горе у противника было сооружено 36 дотов и 27 дзотов). Овладение Сапун-горой нарушило целостность обороны противника, ее устойчивость. Войска 51-й армии получили возможность развивать наступление непосредственно на Севастополь. При штурме Сапун-горы младший лейтенант М. Я. Дзигунский и рядовой Н. Афанасьев совершили свой бессмертный подвиг, закрыв своими телами амбразуры вражеских дотов. Рядовой И. К. Яцуненко водрузил на Сапун-горе красный флаг.
Успех 63-го и 11-го гвардейского стрелковых корпусов позволил соединениям 1-го гвардейского стрелкового корпуса овладеть высотой Сахарная Головка и отм. 256,2. Войскам 3-го горно-стрелкового (командир – генерал-майор А. А. Лучинский) и 16-го стрелкового (командир – генерал-майор К. И. Провалов) корпусов в этот день удалось продвинуться немного. Они в условиях сильного огневого сопротивления и частых контратак противника сумели овладеть двумя, местами тремя его траншеями.
Овладением Сапун-горой и высотой Сахарная Головка советские войска получили выход в Инкерманскую долину.
За ночь, закрепив захваченную местность, подтянув артиллерию, нанося бомбовые удары с воздуха, советские войска подготовились к продолжению начатого наступления. На левом фланге 51-й армии занял исходные позиции для наступления введенный для наращивания усилий 10-й стрелковый (командир – генерал-майор К. П. Неверов) корпус.
В этот же день войска 2-й гвардейской армии после четырехчасового боя овладели полустанком Мекензиевы Горы и, пробиваясь к Северной бухте, взяли под огонь своей артиллерии всю ее акваторию.
С утра 8 мая продолжился штурм Севастопольского укрепленного района.
В полосе 2-й гвардейской армии передовые отряды начали продвижение в 3 часа утра, а главные силы атаковали противника в 7 часов. Продвижение 13-го гвардейского (командир – генерал-майор П. Г. Чанчибадзе) и 55-го (командир – генерал-майор П. Е. Ловягин) стрелковых корпусов в направлении восточного берега Северной бухты отрезало всю северную группировку противника в составе 50-й немецкой пехотной и 2-й горно-стрелковой дивизий в районе Бартеньевка. Прижатая к морю, группировка противника к утру 9 мая была полностью ликвидирована.
В полосе 51-й армии противник был оттеснен к внутреннему обводу Севастополя. В полосе наступления Приморской армии после ожесточенных боев на правом фланге 11-й гвардейский стрелковый корпус вышел к внутреннему обводу Севастополя. На левом фланге армии 3-й горно-стрелковый и 16-й стрелковый корпуса продвинулись от 3 до 5 км, завершив прорыв главной полосы обороны и овладев населенным пунктом Карань и высотой Горная на втором оборонительном рубеже. Перед войсками открылся путь к Севастополю и к бухтам Камышовая и Казачья. Создались условия для развития наступления в направлении мыса Херсонес. Командующий фронтом приказал вывести в ночь на 9 мая в исходный район для наступления 19-й танковый корпус, командир которого (генерал-лейтенант танковых войск И. В. Васильев) получил задачу с утра 9 мая войти в сражение в полосе 3-го горно-стрелкового корпуса и развивать успех в направлении бухты Камышовая.
Заключительный этап боевых действий за освобождения Севастополя начался еще в ночь на 9 мая. В эту ночь самолеты Дальней авиации нанесли удары по кораблям и транспортам противника в Северной, Камышовой, Казачьей и Стрелецкой бухтах и по его авиации на аэродроме на мысе Херсонес. Этой же ночью самолеты 8-й воздушной армии бомбардировали и штурмовали войска, технику и узлы сопротивления на окраинах Севастополя и в районах, прилегавших к городу.
Боевые действия в ночь на 9 мая во 2-й гвардейской армии продолжали стрелковые полки, выделенные от каждой дивизии. В район Северной косы был высажен десант в составе стрелкового батальона от 387-й стрелковой дивизии, уничтоживший находившийся там вражеский гарнизон. Действия десанта сыграли свою роль в ликвидации северной группировки противника и выходе советских войск на побережье Северной бухты на всем ее протяжении. К 8 часам утра войска армии освободили северную сторону Севастополя.