Наступление под Севастополем началось лишь 6 января. При этом в качестве одной из основных задач перед войсками стояло недопущение снятия немецких соединений из-под Севастополя для отражения наступления главных сил Кавказского фронта из района Феодосии, которое должно было последовать одновременно. Однако ни 6, ни 12 января (утвержденный Ставкой ВГК срок) фронт наступать не начал, в связи с чем все усилия частей СОРа оказались потрачены впустую. Их территориальные успехи ограничились всего несколькими сотнями метров. Новое наступление было назначено и для Крымского фронта, и для Приморской армии на 16 января, но, как и в предыдущем случае, к реализации плана приступили только войска последнего объединения. На этот раз причиной неучастия главных сил фронта стал внезапный удар противника в районе Феодосии, окончившийся для наших войск чувствительным поражением.
Поддержка войск СОРа силами флота в этих наступательных действиях была относительно скромной. В январе корабли провели 27 стрельб из севастопольской бухты, израсходовав 973 снаряда калибром более 100 мм. В последующие месяцы эти показатели оказались гораздо ниже: в феврале 15 стрельб (217 снарядов), в апреле 22 стрельбы (440 снарядов), в мае 5 стрельб (159 снарядов), а в марте, когда Крымский фронт и войска СОРа предприняли наиболее крупное наступление, стрельбы не проводились вовсе. Отчасти такое скромное задействование корабельных пушек объяснялось наличием в Севастополе довольно многочисленной группировки полевой артиллерии и желанием сохранить ресурс морских орудий, отчасти – сознанием сравнительно малой эффективности этого огня, поскольку, как и раньше, практически во всех случаях он велся не по конкретным целям, а по площади без какой-либо корректировки.
Более эффективно действовала морская авиация, но ее боевые возможности ограничивались емкостью аэродромов СОРа, не превышавшей 90–100 машин. В решающие дни наступления ударные самолеты Севастопольской авиагруппы производили от 50 до 70 боевых вылетов, чего было явно недостаточно для подавления артиллерийских батарей и траншейной обороны противника. Только бомбардировщики без учета вылетов штурмовиков и морских разведчиков с 6 декабря 1941 по 1 июля 1942 г. совершили 1168 боевых вылетов с целью бомбардировки войск врага и аэродромов люфтваффе под Севастополем. Результативность этих вылетов снижалась тем, что не менее половины из них были совершены в ночное время. Одновременно выяснилась невысокая эффективность самолетов-штурмовиков при ударах по вражеским укреплениям. С апреля резко возросла интенсивность вражеских артиллерийских и авиационных ударов по аэродромам СОРа, что привело к потере 16 боевых машин (до того в 1-м квартале на аэродромах погибло только три самолета). Еще большей утратой стала гибель в результате авианалета 24 апреля командующего ВВС ЧФ генерал-майора Н. А. Острякова.
С конца мая 1942 г. противник начал подготовку к третьему штурму Севастополя. К его началу общая численность вражеских войск в Крыму достигла 230 тыс. человек, имевших на вооружении более 2 тыс. орудий и минометов. На аэродромах Крыма на 1 июня находилось 529 боевых самолетов, в том числе 340 бомбардировщиков. Это составляло 3 % общей численности германских войск, 5 % артиллерии и 17 % боевых самолетов на всем советско-германском фронте. При этом протяженность фронта СОРа составляла всего 40 км, в то время как общая протяженность советско-германского фронта на тот момент – около 5000 км. К этому времени гарнизон Севастополя насчитывал всего 106,6 тыс. человек при 606 орудиях, 1999 минометах, 38 танках и 92 самолетах.
Германское командование тщательно подготовило свой третий штурм. 20 мая противник начал артиллерийско-авиационную подготовку, длившуюся 18 дней. Ежедневно на город и позиции советских войск сбрасывалось с самолетов до 6 тыс. бомб. Особенно усилились удары противника в период со 2 по 6 июня. За эти дни вражеская артиллерия выпустила свыше 13 тыс. снарядов, а авиация, совершая от 720 до 550 вылетов в сутки, сбросила около 48 тыс. бомб.