Бирюзова интересовало буквально все: и как организовано взаимодействие, и как готовится к штурму артиллерия, что делается в службах тыла. Характерен такой эпизод. В один из дней подготовки штурма Севастополя он прибыл вновь на КП 2-й гвардейской армии, где заслушал командующего артиллерией армии И. С. Стрельбицкого. Неожиданно из соседней комнаты донесся сердитый голос Г. Ф. Захарова: «Поймите, сейчас не до ремонта санаториев. Перед армией стоит трудная задача — прорвать сильную оборону фашистов на Мекензиевых горах. Освободим Севастополь, тогда и займемся ремонтом здравниц». Бирюзов, прервав доклад Стрельбицкого, пригласил командарма. Выяснилось, что начальник санитарного отдела армии подполковник Д. К. Васюта предлагает силами выздоравливающих раненых, усиленных саперами и транспортом, организовать ремонт освобожденных здравниц, где потом разместить госпитали. Это-то и заинтересовало Сергея Семеновича. «Георгий Федорович, — обратился Бирюзов к командарму, — предложение кажется дельным. Я буду рекомендовать его 51-й и Приморской армиям. Вы же знаете, что в нашем распоряжении две недели на подготовку к штурму. А за это время начсанарм с помощью саперов успеет отремонтировать много помещений. Раненых вы будете лечить не где-нибудь, а на курортах! Здорово, а?!»
Захаров, еще колеблясь, ответил: «Начсанарм у нас хитрый. Сейчас говорит, что будет строить силами выздоравливающих раненых, «трудотерапией», а когда разрешу, попросит целую дивизию». — «Ну что ж, подкрепите его двумя-тремя саперными батальонами. Выйдет солидно». Прощаясь, Бирюзов добавил: «С радостью думаю, что раненые бойцы 2-й гвардейской армии будут лечиться в хороших условиях».
За несколько дней до начала штурма на Военном совете фронта был заслушан доклад Бирюзова о плане завершающего этапа Крымской операции. Главный удар согласно плану наносился со стороны Сапун-горы силами 51-й и Приморской армий, вспомогательный — через Мекензиевы горы 2-й гвардейской армией. Почему же командование фронта решило наносить главный удар через Сапун-гору, то есть именно там, где два года назад Манштейн штурмовал Севастополь и потерпел провал? Расчет Толбухина и Бирюзова как раз на этом и строился. Верное своему уже сложившемуся принципу — добиваться внезапности, командование фронта считало, что противник, помня печальный опыт Манштейна, не ждет удара отсюда. Кроме того, здесь была более танкодоступная местность и здесь же пролегал кратчайший путь к пристаням, захват которых лишил бы гитлеровцев возможности эвакуироваться морем.
Всех волновал вопрос: сколько потребуется времени для полного освобождения города русской славы? Ведь в 1941-1942 годах советские войска, несмотря на превосходство сил противника, 250 дней удерживали Севастополь. Было известно, что Гитлер 25 апреля отдал приказ командующему 17-й армией, оборонявшей Севастополь, — удержать Севастополь любой ценой. Все ждали, что скажет представитель Ставки. Василевский сообщил, что Верховный Главнокомандующий торопит со штурмом. «Наше время, — сказал маршал, — исчисляется часами. Ставка требует в кратчайший срок преодолеть укрепленный район и овладеть Севастополем».
Пятого мая солнечное крымское небо закрыл дым артиллерийской канонады: началась артподготовка, продолжавшаяся два часа. Затем на штурм Мекензиевых гор пошли дивизии 2-й гвардейской армии. Противник, считавший, что здесь наносится главный удар, начал стягивать к Мекензиевым горам пехоту и артиллерию с других участков обороны. Все шло так, как планировало наше командование. В ночь на 7 мая Бирюзов прибыл на НП 63-го корпуса 51-й армии, которому предстояло атаковать Сапун-гору. С рассветом советские войска после полуторачасовой артиллерийской подготовки начали штурм, карабкаясь по склонам горы через проделанные ночью саперами проходы в проволочных заграждениях и минных полях. Первый ярус укреплений был быстро захвачен, но здесь на наших воинов сверху обрушился ураганный огонь противника. Атакующие цепи залегли. Наступила неприятная пауза. Бирюзов и Кошевой были напряжены до предела. «Где же авиация?» — обратился Кошевой к представителю авиационной оперативной группы. «Штурмовики наводятся на цель», — последовал ответ. И в ту же минуту разрывы авиабомб закрыли дымом и пылью окопы противника, волна за волной шли советские самолеты, сокрушая вражескую оборону. Пехота продолжала штурм. К вечеру над Сапун-горой заалели красные флаги, господствующая над Севастополем высота была взята, путь на Севастополь открыт.
Успешно шли дела и во 2-й гвардейской армии, хотя перед наступлением ее командование требовало от штаба фронта пополнения. В один из последних дней апреля Г. Ф. Захаров жаловался членам Военного совета своей армии: «Сейчас говорил с Бирюзовым, в пополнении людьми нам отказано. Артиллерии дополнительно не получим. Танков тоже не дадут».