Вытеснение советских войск из Крыма дало Манштейну известную свободу действий. Для охраны Керченского полуострова им были оставлены две пехотные, одна кавалерийская румынские дивизии, одна немецкая пехотная дивизия (все та же злосчастная 46–я пехотная) и моторизованная бригада «Гродек». После завершения «Охоты на Дроф» основные силы 22–й немецкой танковой дивизии были переброшены в Донбасс, но III батальон 204–го танкового полка дивизии остался в подчинении 11–й армии и использовался в качестве средства непосредственной поддержки пехоты. Также в операции участвовали 190–й и 249–й батальоны штурмовых орудий. Организационно назначенные для штурма соединения армии Манштейна объединялись в два армейских корпуса — LIV (22, 24, 50 и 132–я пехотные дивизии) генерала кавалерии Хансена и XXX (28–я егерская, 72–я и 170–я пехотные дивизии) генерал–лейтенанта Фреттер–Пико. На стыке немецких корпусов в штурме Севастополя участвовал румынский горный корпус в составе двух дивизий.
Если в операции по сокрушению Крымского фронта самым сильным аргументом Манштейна была 22–я танковая дивизия, то в штурме Севастополя им стала тяжелая артиллерия. К городу были подтянуты сверхтяжелые орудия: 420–мм «Гамма», 600–мм близнецы «Один» и «Тор» и 800–мм монстр «Дора». Достаточно сказать, что только расчет «Гаммы» составлял 235 человек, а «Доры» — более 4 тысяч. Всего в распоряжении LIV и XXX корпусов было 80 тяжелых и сверхтяжелых батарей, 60 легких и 24 батареи реактивных минометов. Последние объединялись в 1–й тяжелый полк реактивных минометов (21 батарея с 576 пусковыми установками калибра 280—320 мм), 70–й полк и 1–й и 4–й дивизионы реактивных пусковых установок. Самыми крупными орудиями, которые защитники Севастополя могли противопоставить штурмующим, были четыре башни с двумя 305–мм орудиями в каждой в составе 30–й и 35–й батарей береговой артиллерии. Э. фон Манштейн позднее отмечал в своих мемуарах: «В целом во Второй мировой войне немцы никогда не достигали такого массированного применения артиллерии, как в наступлении на Севастополь»
Уже с 20 мая, на следующий день после завершения «Охоты на Дроф», немцы начали пристреливать позиции оборонявших Севастополь войск. 2 июня 1942 г. началась артиллерийская и авиационная подготовка, которая продолжалась целых пять дней. Немцы могли себе это позволить. Если на фронте еще со времен Первой мировой войны такая длительная артиллерийская подготовка указывала обороняющемуся точку прорыва фронта и он перебрасывал на этот участок резервы, то осажденный Севастополь такой возможностью не обладал и был вынужден под бомбами продолжать совершенствовать свою разрушаемую оборону. Основной целью тяжелых орудий немцев в этот период стала 30–я батарея (четыре 305–мм орудия). В конце мая 600–мм «Один» и «Тор» были подтянуты на расстояние 3,5 км к батарее. В первые пять дней артиллерийской подготовки они выпустили 18 снарядов. 5 июня 1942 года по форту были выпущены 7 снарядов 800–мм «Доры», но ни один из них не попал в цель.
Утром 7 июня в 4.00 началась артиллерийская подготовка немецкого наступления. Об интенсивности подготовки красноречиво свидетельствует тот факт, что только 600–мм «Один» и «Тор» выпустили 7 июня 54 снаряда. Всего на позициях 172–й стрелковой дивизии и 79–й морской стрелковой бригады разорвалось около 14,5 тыс. снарядов. Поддержка VIII авиакорпуса фон Рихтгоффена выразилась не только в ударах авиации, но и в насыщении боевых порядков пехоты зенитной артиллерией. Для поддержки наступления LIV корпуса была создана боевая группа зенитной артиллерии майора Миттлера в составе двенадцати 88–мм зениток, девяти 37–мм и тридцати 20–мм зенитных автоматов. Они участвовали в артиллерийской подготовке атаки, а затем вели огонь по ДЗОТам, ДОТам и позициям советской артиллерии.
После сильной авиационной и артиллерийской подготовки, плотно прижимаясь к огневому валу, немецкие штурмовые группы пошли в атаку. Оборону города условно делила пополам Северная бухта. Замысел немецкого командования заключался в том, чтобы сначала сокрушить оборону на северной стороне, выйти к бухте, а затем рокировать высвободившиеся соединения в южный сектор. Поэтому первым перешел в наступление LIV армейский корпус силами 132, 22, 50 и 24–й пехотных дивизий. Задачей корпуса было сокрушение советской обороны на северном берегу бухты и создание плацдарма на ее южном берегу, в тылу у первого и второго секторов обороны.