На направлениях главного удара плотности достигали 200–258 орудий и минометов на один километр участка прорыва, а во 2-й гвардейской армии — 180. (Манштейн, готовясь к штурму Севастополя в июне 1942 года, гордился, что сумел сосредоточить до 110 стволов на километр прорыва — «немцы никогда не достигали такого массированного применения артиллерии».)
В подготовительный период советский «бог войны» методически разрушал долговременные оборонительные сооружения, которые и без того были разрушены и немцами не восстанавливались. Массированные удары наносила авиация. По мере приближения дня штурма сила огневых ударов непрерывно нарастала. В последние шесть суток была проведена предварительная авиационная подготовка наступления, в ходе которой на противника обрушилось свыше 2000 тонн осколочных и фугасных и около 24 000 противотанковых бомб.
Черноморский флот получил задачу силами авиации и боевых кораблей блокировать группировку противника с моря, уничтожать его плавсредства в порту, бухтах и на переходах морем. С целью лучшего управления 15 апреля была сформирована Севастопольская военно-морская база с временным пребыванием ее в Ялте. В нее вошли 1-я и 2-я бригады торпедных катеров. Флот в отличие от армии не мог похвастать особыми успехами.
Гитлер не зря снял с поста генерала Енеке: операция «Адлер» развивалась полным ходом, и развивалась успешно. В эвакуации приняли участие 13 относительно крупных и 6 малых транспортов, 2 румынских вспомогательных судна, немецкие самоходные баржи и силы охранения — в общей сложности около 170 кораблей и судов. С 10 апреля по 4 мая 37 конвоев вывезли из Крыма 92 000 военнослужащих, около 11 000 гражданских лиц и 3800 военнопленных. Еще 21 конвой доставил в Севастополь боеприпасы, горючее и продовольствие. В результате 31 атаки советских самолетов, 12 атак подводных лодок и 2 атак торпедных катеров из состава конвоев были потоплены танкер «Оссар», лихтер «Лео», 2 буксира и катер-охотник. Еще 3 транспорта и одна БДБ получили повреждения. Общие потери противника в людях составили 850 человек. За те же 20 дней советская морская авиация потеряла 59 самолетов, на базу не вернулась подводная лодка Л-6.
До последних дней «экспресс Севастополь — Констанца» работал бесперебойно, Черноморскому флоту так и не удалось прервать морские сообщения противника.
В 10 часов 5 мая артиллерия 2-й гвардейской армии открыла огонь. Два часа она громила оборону противника. Авиация нанесла бомбардировочные и штурмовые удары по объектам, не досягаемым для артиллерии. В это же время 51-я и Приморская армии в своих полосах действиями отдельных отрядов демонстрировали атаку.
В 12 часов дня войска Захарова пятью стрелковыми дивизиями перешли в наступление против 336-й саксонской дивизии генерала Хагемана и к 19 часам захватили вторую траншею, продвинувшись до 1–2 км. Бои носили очень упорный характер. Командарм решил с утра следующего дня ввести в бой вторые эшелоны корпусов и развивать наступление. Утром 6 мая войска армии возобновили атаку. Встречая организованное сопротивление, они к исходу дня лишь местами смогли продвинуться до одного километра.
Наступление 2-й гвардейской армии, несмотря на ограниченный успех, приковало внимание противника к этому участку. Генерал Альмендингер поверил, что главный удар наносится с севера, и перебросил сюда часть сил и большое количество зенитной артиллерии. 7 мая в 10.30 на участке Сапун-гора — Карань после полуторачасовой артподготовки при поддержке всей авиации фронта штурм Севастопольского укрепленного района начали левофланговые соединения 51-й и Приморской армий. С первых же минут завязались кровопролитные бои. Особенно тяжелыми они были в районе Сапун-горы, которую атаковали шесть дивизий.
Однако к вечеру ключ к обороне города был в советских руках, все попытки немцев отбить высоту были тщетны. Корпуса Приморской армии в этот день почти не продвинулись. Советское командование немедленно использовало благоприятные возможности для наращивания усилий в районе Сапун-горы. В течение ночи сюда был выдвинут 10-й стрелковый корпус генерала Г.П. Неверова.
В полосе 2-й гвардейской армии сумела продвинуться вперед 347-я стрелковая дивизия, создав благоприятные условия для развития удара в направлении Мекензиевых Гор. Поэтому Захаров дал указание в ночь на 8 мая перебросить часть сил 13-го гвардейского корпуса к правому флангу 55-го стрелкового корпуса.
К 3 часам перегруппировка завершилась, и передовые отряды начали немедленное наступление, а в 7 часов атаковали и главные силы. К исходу дня Мекензиевы Горы были взяты, и войска 2-й гвардейской достигли Северной бухты. Северная группировка противника в составе 50-й немецкой пехотной и 2-й горнострелковой дивизии румын была отсечена от своих главных сил и прижата к морю.
В полосе 51-й армии противник был оттеснен к внутреннему обводу Севастополя.