Прибыв на Перекоп, он узнал, что танкисты Васильева полностью отрезаны от своих войск, а оставшийся узкий проход находится под сильнейшим обстрелом противника. Оценив обстановку, Бирюзов принял решение срочно расширить проход, чтобы можно было доставлять танкистам подкрепления и все необходимое, незамедлительно выяснить, какая обстановка у Васильева и сообщить ему, что помощь близка. Приказав немедленно организовать штурмовые группы для расширения пробитого танкистами коридора, Бирюзов послал своего адъютанта старшего лейтенанта Долину на машине к Васильеву. Через минуту машина с адъютантом на предельной скорости промчалась через Турецкий вал. Маневрируя среди воронок и разрывов, то скрываясь за клубами дыма, то вновь появляясь в поле зрения наблюдавших за ней Бирюзова и окружавших его офицеров, она наконец скрылась за валом. Потянулись тягостные минуты ожидания. Орудия и минометы противника, обстреливавшие проход через вал, затихли. Но ненадолго. Вскоре вновь загрохотала вражеская артиллерия, и на гребне вала показалась наша машина, мчавшаяся назад. Казалось, что вот-вот ее накроет вражеский снаряд, но, благополучно миновав опасности, Долина в пыли, синяках и кровоподтеках подъехал к наблюдательному пункту и вручил Бирюзову карту с подробной обстановкой и положением частей 19-го танкового корпуса.
Результаты поездки Долины Бирюзов по радио доложил Толбухину. Командующий подтвердил правильность предложения — расширить пробитый через Турецкий вал коридор и сохранить захваченный плацдарм для последующего наступления на Крым. Но как это сделать, когда кругом доты противника, когда каждый клочок земли в узком проходе простреливается из всех видов оружия?!
В то время когда Бирюзов и генерал-лейтенант Крейзер, командовавший 51-й армией, прикидывали, как лучше организовать атаку, прибывший на НП командир 10-й кавалерийской дивизии генерал Миллеров доложил о только что происшедшем эпизоде. Там, за Турецким валом, коноводы 36-го кавалерийского полка рассредоточили коней на кукурузном поле. Внезапный налет вражеской авиации напугал лошадей, и табун в 150-200 коней галопом устремился вдоль проселочной дороги Чаплинка — Армянск и оказался в нашем расположении по эту сторону Турецкого вала. Никто его не обстрелял. Это навело Бирюзова на мысль, что между Чаплинкой и Армянском есть брешь, не прикрытая огневыми средствами противника. Через нее-то и было решено произвести атаку. Ее начали сразу же, с наступлением темноты. Предположения Бирюзова оправдались — атака увенчалась успехом. Затем действиями передовых батальонов 55-го стрелкового корпуса и 10-й кавалерийской дивизии коридор через Турецкий вал был расширен, что гарантировало укрепление плацдарма на Перекопе. Все последующие попытки противника ликвидировать этот плацдарм окончились провалом. Были созданы благоприятные условия для освобождения Крыма от немецко-фашистских захватчиков.
Операция по освобождению Крыма, начавшаяся в апреле 1944 года, знаменовала завершение первого года пребывания Сергея Семеновича Бирюзова на посту начальника штаба фронта. Руководимый им штаб с честью выдержал ответственнейший экзамен на зрелость.
Последние дни перед началом наступления были крайне напряженными для всех его работников, начиная с самого начальника. Бирюзов лично проверял и перепроверял данные о противнике. Ведь там, в Крыму, за Перекопом, огороженные мощной обороной глубиной в 32-35 километров, опоясанные минными полями и проволочными заграждениями, находились 200 тысяч вражеских войск. Рельеф Крыма исключал широкий маневр войск, к чему они, можно сказать, привыкли в условиях степной местности, где до этого действовали. Здесь же надо учитывать каждый километр. Штаб разработал массу вариантов частных задач: как уничтожить такую-то батарею противника, выбить с позиций роту или батальон врага. Приходилось оформлять огромное количество карт, схем, таблиц.
Но всему приходит конец. В долгожданный день наступления в 10 часов 30 минут загремела артиллерия, бомбовые удары нашей авиации обрушились на оборону врага. После полуторачасовой артиллерийской подготовки войска фронта двинулись в атаку. Находясь на КП фронта, Бирюзов поддерживал непрерывную связь с наступающими дивизиями. 2-я гвардейская армия, надежно подавив артиллерию противника, уверенно продвигалась вперед и к исходу дня овладела сильным опорным пунктом врага — Армянском. Хуже обстояли дела за Сивашем. От Крейзера долго не поступало никаких докладов. Три корпуса его армии — 1-й гвардейский, 10-й и 63-й — уже должны были к этому времени прорвать первую позицию врага. Не на шутку обеспокоенный Толбухин попросил Бирюзова связаться по радио с командирами корпусов. Выяснилось, что 10-й стрелковый корпус овладел первой траншеей, но было ясно, что 51-я армия натолкнулась на сильное сопротивление врага.