Войска 4-го Украинского фронта начали наступление в 10.30 утра 8 апреля. Перед этим за пять суток тяжелая артиллерия разрушила значительную часть долговременных сооружений противника. Атаке предшествовала почти трехчасовая артиллерийская подготовка, проведенная по сложному и оригинальному графику. Сначала в течение 80 минут велся интенсивный огонь на уничтожение обнаруженных разведкой и наблюдением целей, затем был произведен мощный пятиминутный огневой удар по переднему краю из полутора тысяч стволов. На 86-й минуте артиллеристы произвели ложный перенос огня в глубину. Когда немецкая пехота выбралась из блиндажей в окопы для отражения предстоящей атаки, а их батареи открыли заградительный огонь, советская артиллерия вновь нанесла удар по переднему краю, а специально выделенные 50 батарей накрыли действующие огневые позиции противника. Затем огонь вновь был перенесен в глубину, а пехотинцы с криками «ура» подняли над окопами полторы тысячи чучел в касках, имитируя начало атаки. Немцы снова выскочили из блиндажей, готовясь ее отразить, но вместо атаки снова получили на головы сотни тонн металла. Наконец, вслед за перемещающимся огневым валом двинулись вперед стрелковые цепи.
Несмотря на это, прорыв развивался медленно. Значительная часть огневых средств, будучи хорошо укрытой, ожила. Хорошо укрепившийся противник оказывал ожесточенное сопротивление. Более половины советских танков сопровождения и самоходных установок подорвались на минных полях.
В полосе 51-й армии войска 1-го гвардейского стрелкового корпуса, наносившие главный удар, овладели лишь первой и местами второй траншеей. Более успешно действовал на «второстепенном» направлении и потому получивший меньше всех средств усиления 63-й стрелковый корпус генерала Кошевого, выбивший противника из всех трех траншей первой оборонительной позиции.
Результаты первого дня операции позволили выявить участки наиболее сильного сопротивления. Оценив обстановку, Толбухин дал указание усилить 63-й корпус, против которого действовала менее устойчивая, чем немецкие войска, 10-я румынская пехотная дивизия, 32-й гвардейской танковой бригадой, а также сосредоточить здесь основные усилия 2-й гвардейской артиллерийской дивизии прорыва 8-й воздушной армии.
В 11 часов 9 апреля после часовой артиллерийской подготовки войска 51-й армии возобновили наступление. Корпус Кошевого, отбив контратаки пехотного полка 111-й дивизии и 279-й бригады штурмовых орудий, введенных из резерва, продвинулся еще от 4 до 7 км. В итоге первых двух дней успех еще более обозначился в полосе 63-го стрелкового корпуса. Сюда командующий фронтом приказал дополнительно перебросить бригаду реактивной артиллерии М-31, а также подтянуть из резерва армии стрелковую дивизию. 10 апреля ударом пяти дивизий войска Кошевого выбили противника из межозерного дефиле, создав условия для ввода в прорыв 19-го танкового корпуса.
Напряженные бои шли в это время и на Перекопском перешейке. В течение первого дня дивизии 2-й гвардейской армии прорвали оборону на глубину до 3 км и овладели Армянском. Для развития успеха в ночь на 9 апреля начала вводиться 87-я гвардейская стрелковая дивизия.
К концу второго дня операции войска генерала Захарова полностью прорвали первую оборонительную полосу. Противник был вынужден начать отход на Ишуньские позиции. Успеху наступления войск 2-й гвардейской армии в значительной мере способствовали решительные действия армии Крейзера, а также высадка в тылу противника десанта в составе усиленного стрелкового батальона — 512 человек, 2 орудия, 6 минометов.
Утром 11 апреля 63-й стрелковый и 19-й танковый корпуса перешли в наступление. Они разгромили основные силы противостоящего противника и начали быстро продвигаться к Джанкою.
Успешное продвижение 51-й армии создало благоприятные условия для прорыва Ишуньских позиций, поскольку войска Крейзера частью сил выходили им в глубокий тыл. Однако 2-й гвардейской армии пришлось приложить большие усилия для разгрома врага на этих позициях. С этой целью части 87-й гвардейской стрелковой дивизии перед рассветом 12 апреля перешли вброд Каркинитский залив и к 6 часам утра ударили в тыл противнику в 1,5 км юго-западнее Красноперекопска. В это же время части 126-й стрелковой дивизии внезапно перешли вброд озеро Старое и в 6 часов утра овладели Красноперекопском. Другие соединения армии атаковали с фронта.
Прорыв советских корпусов в сторону Джанкоя предрешил участь и тех частей противника, которые еще удерживали позиции на Чонгарском полуострове. Действовавшие здесь части 19-й пехотной румынской дивизии были вынуждены начать поспешное отступление, которое вскоре превратилось в бегство.
К вечеру 11 апреля после ожесточенного боя Джанкой был взят. С овладением этим городом оборона противника в северной части Крыма рухнула окончательно. Немцы поспешно отступали к «линии Гнейзенау» в районе Симферополя.