Пока наземные соединения готовились к прорыву, советская авиация, а также надводные и подводные силы флота стремились сорвать эвакуацию сил противника. Самолеты вылетали для выполнения заданий непрерывно днем и ночью. 10 мая в двух милях севернее мыса бомбардировщики потопили прибывшие без истребительного прикрытия транспорты «Тотила» и «Тея», осуществлявшие погрузку войск с катеров и барж.
Из показаний пленных советскому командованию стало известно, что с 4 часов ночи 12 мая противник намеревается начать общий отход для посадки на суда. Указания Толбухина в связи с этим сводились к тому, чтобы решительной атакой не допустить эвакуации противника, уничтожить его войска или пленить их, а вражеские суда потопить в бухтах или в море.
Вечером 11 мая немецкие передовые части получили приказ отойти к пунктам посадки и обеспечить их оборону; эвакуационный флот стоял на рейде. В ночной неразберихе многие суда не нашли пунктов посадки, а многие солдаты — судов. К рассвету 12 мая на берегу оставалось около 10 000 человек. В 3 часа 1000 орудий и минометов Приморской армии и 10-го стрелкового корпуса открыли ураганный огонь (генерал Рейнгардт с остатками своей 98-й пехотной дивизии, удерживавшей центр позиции, в это время уже отчалил. Спаслись большинство бойцов 73-й пехотной дивизии и 2800 человек из 50-й пехотной. Другим повезло меньше). Вслед за этим войска атаковали никем не защищаемый «аварийный рубеж». В победной реляций указывалось, что «в короткий срок оборона была взломана», и к 7 часам утра все побережье бухт Стрелецкая, Круглая, Камышевая было занято частями 51-й армии. К 10 часам утра Приморской армией, в составе которой действовал танковый корпус, был очищен от врага мыс Херсонес.
К полудню 12 мая последние очаги сопротивления были подавлены. Противник, видя безнадежность положения, начал большими группами сдаваться в плен. По воспоминаниям выживших: «Сопровождавшие танки советские пехотинцы, казалось, были просто в ярости. Они кричали, стреляли, били ружейными прикладами. Один немецкий унтер-офицер отказался отдать свой Золотой крест. Они сказали: «Хороший солдат» — и… скосили очередью. Офицеров отбирали и уводили. Раздавались звуки выстрелов и крики… Служивших у немцев русских построили на скале и расстреляли».
17-я немецкая армия потерпела поражение. Крым вновь стал советским. При этом коммунистические историки приводят явно завышенные цифры безвозвратных
потерь противника: более 100 000 человек, в том числе 61 587 пленных. Весьма примечательно, что авторы «Истории Второй мировой войны», в создании которой участвовали четыре института, ссылаются в оценках на труд генерала А.Г. Грылева «Днепр—Карпаты—Крым», а Грылев, в свою очередь, черпал данные из сообщений Совинформбюро. Таким образом, вся советская историческая наука стоит на прочном фундаменте измышлений пропагандистов военной поры. Но кто может «травить байки» лучше моряков? Флот объявил о потоплении с 8 апреля по 12 мая 191 вражеского судна (по более поздним «уточненным» данным — 102), при этом «только с 3 по 13 мая при эвакуации из Крыма противник потерял в море около 42 000 солдат и офицеров». Кто не верит, попробуй пересчитай. Только подводники совершили 16 атак, и все они, конечно, оказались «успешными».В действительности за 12 дней мая немцы и румыны провели 110 конвоев. Лишь в последние 8 дней с 5 по 12 мая они понесли довольно серьезные потери в судах. Советская авиация, торпедные катера и подводные лодки потопили за этот период 6 транспортов, вспомогательное судно, 3 самоходные баржи, 2 лихтера, катер-охотник и буксир. Кроме того, в самом Севастополе в результате артиллерийского огня и налетов авиации погибли танкер, 2 лихтера, буксир, 2 катера. Итого — 24 единицы. Ряд судов получил серьезные повреждения. Еще десяток плавсредств было выведено из строя в результате массированных авианалетов на Феодосию и Судак. Вместе с затонувшими транспортами, по разным данным, погибли от 3 до 8 тысяч человек.
В течение месяца германские и румынские военно-морские силы вывезли из Крыма около 115 000 военнослужащих, более 11 000 гражданских лиц и 4260 пленных. Этим путем попали в Германию, в частности, герои Эльтигена. Еще 21 457 человек вывезли самолеты 1-го авиационного корпуса Люфтваффе. Даже в последнюю ночь, 12 мая, под ураганным огнем артиллерии немцы смогли эвакуировать с мыса Херсонес около 12 000 бойцов. Таким образом, общие потери немецко-румынской группировки в Крыму с 8 апреля по 12 мая 1944 года не могут превышать 65 000 человек убитыми и пленными, из них около 35 000 — в Севастополе. Была брошена вся артиллерия и техника.
Советские потери за этот же период составили 17 754 человека убитыми, 67 065 ранеными, 171 танк, 521 орудие, 179 самолетов.