Вражеская артиллерия насчитывала 2045 орудий, 655 противотанковых пушек и 720 минометов. Манштейн подчеркивал: «В целом во Второй мировой войне немцы никогда не достигали такого массированного применения артиллерии, как в наступлении на Севастополь». В числе артиллерии большой мощности были пушечные батареи калибра до 210 миллиметров, несколько гаубичных и мортирных батарей калибра 305, 350, 420 миллиметров, а также два специальных орудия типа «Карл» калибра 614 миллиметров. Снаряд от такой пушки можно было наблюдать летящим по воздуху до цели. Кроме того, как писал Манштейн, под Севастополь доставили знаменитую пушку «Дора», специально изготовленную для обстрела французской «линии Мажино», но использовать ее там не успели. Длина тела орудия составляла около 30 метров, вес снаряда — около 7 тонн, калибр — 800 миллиметров. Для перевозки такой пушки требовался целый железнодорожный состав, а также два состава обеспечения: энергетический и спецсопровождения. Все выше перечисленные калибры были зафиксированы защитниками Севастополя во время третьего штурма, но стрельбы из гигантского орудия «Дора» и разрывов снарядов столь крупного калибра не наблюдалось. Для использования такой пушки должна быть построена специальная железнодорожная позиция. Но после освобождения Севастополя, несмотря на поиски, таковой не обнаружили.
Под Севастополем при длине фронта 34 километра противник имел плотность артиллерии 37 орудий и до 20 минометов на километр фронта. На главном направлении гитлеровцы могли довести плотность артиллерии до 100 стволов на километр фронта с учетом танковой и зенитной артиллерии.
Для авиационной поддержки немцы сосредоточили в Крыму 900 самолетов (в отдельные дни — свыше 1000), в том числе 700 бомбардировщиков и 200 истребителей. Эта авиационная группировка наносила удары по Севастополю, а также действовала на морских коммуникациях.
К началу третьего штурма войска Севастопольского оборонительного района (СОРа) состояли из семи стрелковых дивизий неполного комплекта. Армейская артиллерия насчитывала 455 орудий разного калибра и один дивизион «катюш» — 12 реактивных установок М-8. В береговой обороне находилось 151 орудие до 305-миллиметрового калибра включительно. Плотность артиллерии в СОРе, считая всю артиллерию армии и береговой обороны, в среднем составляла 19 орудий на километр фронта.
Важную роль в обороне Севастополя играла особая авиагруппа в составе 115 самолетов (56 истребителей, 16 бомбардировщиков, 12 штурмовиков и 31 ночной бомбардировщик). 28 мая и 10 июня прибыли еще 24 самолета Як-1.
Обеспечение СОРа с морского направления возлагалось на силы Охраны водного района (ОВР), в состав которого входили малые охотники за подводными лодками типа МО-4, принявшие на себя основную тяжесть борьбы с противником на море.
После приказа Манштейна немцы начали перебрасывать силы с Керченского направления под Севастополь, накапливать артиллерию, танки, подвозить боеприпасы. С 20 мая активизировалась вражеская авиация, усилились воздушные налеты и артиллерийский обстрел Севастополя. Авиационная и артиллерийская подготовка наступления противника проводилась в два этапа: первый — с 20 мая по 1 июня и второй — со 2 по 6 июня включительно перед переходом в наступление.
На первом этапе враг преследовал цели: уничтожение самолетов, береговых и зенитных батарей, разрушение аэродромов на Херсонесском мысу, в Юхариной балке, на Куликовом поле, а также города и порты. Характерной особенностью второго этапа вражеской подготовки были массированные налеты и обстрелы всей глубины боевых порядков войск, артиллерийских позиций и командных пунктов с целью уничтожения сил и средств СОРа. В период артиллерийской и авиационной подготовки на обоих ее этапах противник усилил действия своей авиации по морским сообщениям с Севастополем, подвергая бомбардировке порты погрузки на Кавказе, места разгрузки в Севастополе, корабли и суда во время перехода их в море.
21 мая командование СОРа обратилось в телеграмме с просьбой о помощи Севастополю к командующим Северо-Кавказским фронтом маршалу С. М. Буденному: «Нужна немедленная помощь: 1. Вооруженное пополнение 15 000 человек для доведения сухопутных соединений до нормы. 2. Стрелкового оружия 10 000 винтовок, 250 станковых пулеметов, 1500 ручных пулеметов. 3. Увеличить количество боезапаса до 8 комплектов, имеем 1–2 боекомплекта. 4. Дать самолеты: 50 Як-1 и 10 Пе-2. Подать танки: 25 шт КВ и 25 бронемашин».
Командование СОРа вовремя узнавало о намерениях противника. Разведка была так хорошо организована, что очень часто копии важных документов, издаваемых фашистским командованием, сразу же поступали в разведотдел. Так, копия боевого приказа Манштейна о подготовке штурма через два дня была уже у командования СОРа. Это в значительной степени помогло подготовиться к отражению штурма.