Для обороны перешейков Врангель произвел перегруппировку войск. Главные свои силы он собрал на Перекопском перешейке и Ишуньских позициях (около 10 тысяч человек). Здесь находились корпус Кутепова и 2-й армейский корпус. За их правым флангом располагался конный корпус Барбовича. Часть войск (до 3 тысяч человек) прикрывала Чонгарскую и Сивашскую переправы и Ара-батскую стрелку на востоке. Сильный резерв (свыше 14 тысяч человек) находился в тылу Ишуньских позиций. Кроме того, еще часть войск вела борьбу,с крымскими партизанами, которые активизировались в это время.
План командования Южного фронта первоначально намечал главный удар нанести на востоке, на чонгарском направлении, используя поддержку красной Азовской военной флотилии (была еще и Азовская флотилия Врангеля), но из-за того, что осенью 1920 года в Азовском море рано установился лед, пришлось план изменить. Фрунзе перенес главный удар на перекопское направление. Одновременно намечался удар на чонгарском направлении.
Для атаки Перекопского перешейка предназначалась 6-я армия (командующий А.И. Корк), 1-я и 2-я Конные армии (С.М. Буденный и Ф.К. Миронов) и повстанческая бригада Махно (С. Каретников). На Чонгарской цереправе и Арабатской стрелке должны были действовать 4-я армия (B.C. Лазаревич) и 3-й конный корпус (Н.Д. Каширин).
Командование 6-й армии решило нанести удар в тыл Перекопских позиций, в направлении на Литовский полуостров, занятый слабыми кубанскими частями генерала П.П. Фостикова. Корк построил свой план атаки на таком факторе как сильное обмеление Сиваша под влиянием дувших с суши ветров. Это позволяло его бойцам добраться до Литовского полуострова по пояс в воде. Для атаки через Сиваш первоначально предназначались 15-я, 52-я и две бригады 51-й дивизии.
6-я армия насчитывала 34 тысячи штыков и сабель при 169 орудиях. На Литовском полуострове белые имели всего лишь 1500 штыков при 12 орудиях из отряда Фостикова. Перекопские позиции в первой линии обороняли силы в количестве 5850 штыков и 4000 сабель при 126 орудиях*.
Операция по захвату Крыма получила название Перекопско-Чонгарской. Длилась она с 7 по 17 ноября. В ночь на 8 ноября в сложных погодных условиях (сильный ветер и мороз 11-12 градусов) ударная группа 6-й армии форсировала 7-километровую водную преграду — Сиваш и днем 8 ноября сбила с позиций отряд Фостикова на Литовском полуострове. Контратаки белых не удались,
15-я СД, а вслед за ней и 52-я СД закрепились в северной части Литовского полуострова.
А вот фронтальная атака Турецкого вала 51-й СД (начдив В.К. Блюхер) успеха не имела. Однако в ночь на 9 ноября белые сами покинули Турецкий вал. Поэтому 9 ноября 51-я дивизия повторила атаку с фронта, и одновременно в обход, через Сиваш, вклинилась в Ишуньские позиции. 9-10 ноября махновская бригада С. Каретникова вела бои за Сивашем, южнее Литовского полуострова, с частями конного корпуса генерала Барбовича. В тяжелых боях 10—11 ноября ударная группа, усиленная Латышской СД, отразила контрудар конного корпуса генерала И.Г. Барбовича и продолжала вести бои по прорыву Ишуньских позиций. 12 ноября 6-я армия овладела Ишуньскими позициями. За эти же дни 30-я СД из 4-й армии преодолела чонгарские укрепления и овладела станцией Таганаш южнее Чонгара.
По приказу Врангеля его войска начали отход по всему фронту к портам Крыма. Для их преследования Фрунзе ввел второй эшелон Южного фронта, а войска 6-й армии на 12 ноября получили день отдыха. Белым удалось оторваться от красных на 1—2 дневных перехода, что позволило врангелевским частям и довольно значительной части беженцев (83 тысячи человек) сесть на корабли (10—15 ноября) и уплыть в Турцию из Севастополя, Ялты, Евпатории, Феодосии и Керчи.
13 ноября 1-я Конная армия была направлена для преследования противника на Феодосию и Керчь, 2-я Конная на Алушту и Ялту, 6-я армия на Симферополь и Севастополь. Но белых красные войска не догнали. Когда 15 ноября авангарды 6-й армии вошли в Севастополь, они застали там местный ревком, созданный большевиками-подполыциками. Последние корабли белых ушли из Севастополя днем 14 ноября228
. Непогруженными на корабли остались все военные запасы, опоздавшие части и большое число беженцев. Войска Южного фронта занимали города Крыма без боя: 13 ноября Симферополь, 14 ноября Феодосию, 15 ноября Севастополь, 16 ноября Керчь, 17 ноября Ялту.Так был ликвидирован последний крупный очаг Белого движения на территории бывшей Российской империи.
Перед тем как покинуть Крым, генерал Врангель (как официальный глава Белого движения) признал право украинцев на самоопределение, а Директорию — правительством независимой Украины. Этим актом признания он подталкивал Петлюру к продолжению борьбы с большевиками.