По достижении войсками шоссе Евпатория — Симферополь Петров получил от разведки донесение о крупных силах танков, артиллерии и мотопехоты противника, движущихся из района Евпатории. Наступление противника развивалось по двум направлениям: одна группа шла вдоль западного берега Крыма в направлении Качи, другая — на Бахчисарай и далее вдоль большой дороги на Севастополь, всего — шесть пехотных дивизий, кавалерийская бригада, десятки танков и самолетов.
Так как в открытой степи противник, имея превосходство в танках и авиации, изначально оказывался в выигрышном положении, генерал Петров изменил первоначальное направление движения. В течение ночи все войска были повернуты на Симферополь и к утру 1 ноября вышли юго-восточнее города в долину верхнего течения реки Салгир. Оттуда в ночь на 2 ноября основные силы армии двинулись в обход Бахчисарая кратчайшим путем по горным дорогам в Севастополь. Тяжелая артиллерия, армейские тылы были направлены в Севастополь по шоссе через Алушту и Ялту.
В Алуште Петров встретился с командующим войсками Крыма вице-адмиралом Левченко. Гордей Иванович, хотя и был моряком, отдавал себе отчет в том, что, кроме Петрова, организацией сухопутной обороны главной базы ЧФ заняться некому. Он приказал командующему Приморской армией немедленно выехать в Севастополь и вместе с командованием флота создавать надежную оборону.
Третьего ноября Иван Ефимович вместе с оперативной группой был уже в Севастополе. Всего две недели назад командиры высаживались здесь на причал, чтобы спешно двигаться на север, рассчитывая задержать врага на дальних подступах. Но произошло то, что произошло. Боевые части армии, в том числе и армейская артиллерия, подоспели в первых числах ноября без существенных потерь. Тылы, следовавшие через Ялту, подтянулись к 7–8 ноября. Теперь предстояло оборонять город не на дальних подступах, а непосредственно.
Собственно, оборона уже началась. Самыми первыми на защиту родного города выступили немногочисленные силы гарнизона, состоявшего из частей морской пехоты и нескольких военно-морских учебных заведений. Их поддерживали огнем батареи береговой артиллерии, расположенные на побережье от Качи до Балаклавы, но накрывали они сравнительно небольшую территорию. Так как с суши город не был заранее укреплен, «удержать длительное время обширный район Севастополя с таким составом гарнизона было, конечно, невозможно», — резюмировал Петров. Требовалось быстро нарастить силы и создать необходимую систему укреплений.
Пока Приморская армия находилась в движении, по немецким позициям нанесли удар моряки-артиллеристы. Иван Ефимович Петров в своих воспоминаниях решающую роль в отражении первого вражеского удара по Севастополю отдавал береговым батареям ВМФ. Самой первой вражескую атаку приняла на себя береговая батарея № 54 1-го отдельного артиллерийского дивизиона береговой обороны главной базы под командованием старшего лейтенанта И. И. Заики, расположенная на полпути между Евпаторией и Севастополем у приморского села Николаевка. На протяжении двух дней начиная с 16.35 30 октября, когда батарея, на вооружении которой было всего четыре 102-мм орудия, открыла огонь по авангарду войск Э. фон Манштейна, вела она неравный бой. Личный состав героически сражался до выхода из строя последнего орудия, после чего часть людей удалось морем вывезти в Севастополь, а сам Иван Заика с группой, прикрывавшей отход батарейцев, ушел в партизаны. Герою довелось дожить до признания его в мае 2004 г. почетным гражданином города Севастополя (он умер в январе 2009 г.).
Первого ноября сокрушительный удар по врагу нанесла башенная 305-мм батарея № 30 майора Г. А. Александера, дислоцированная в устье реки Бельбек. В районе Качи колонна танков и бронемашин противника была частично уничтожена, частично рассеяна 10-й батареей капитана М. В. Матюшенко, имевшей четыре 203-мм орудия. Наступление немецких войск захлебнулось. Успешные действия береговой артиллерии, а также спешно сформированных из моряков стрелковых частей численностью примерно четыре тысячи человек позволили выиграть время, крайне необходимое для первоначальной организации обороны в то время, как прибывавшие части и соединения Приморской армии с ходу занимали оборонительные рубежи.