Гитлеровцы подтягивали силы и интенсивно готовились ко второму наступлению на Севастополь, которое началось примерно через месяц — 17 декабря и продолжалось до 2 января 1942 года. К этому времени немецкая армия в Крыму насчитывала уже до 200 тысяч штыков, свыше 200 танков и более тысячи орудий. Защитники Севастополя воспользовались короткой передышкой для дальнейшего укрепления и улучшения своих позиций.
В эти дни, в конце ноября — начале декабря, Советская Армия, захватив инициативу военных действий в свои руки, нанесла противнику ряд жестоких ударов под Ростовом-на-Дону, Тихвином и под Москвой. Победа советских войск под Москвой и на других главных участках фронта еще более укрепила боевой дух севастопольцев, их стремление ни при каких обстоятельствах не сдавать город врагу. Тысячи бойцов и население города продолжали строить новые доты и дзоты, рыли окопы, ходы сообщения, создавали хорошо оборудованные командные пункты, протягивали линии связи. Матросы, сошедшие с кораблей на сушу, учились воевать в непривычных для них условиях. Продолжали прибывать подкрепления с Кавказа. Но все же численное превосходство по-прежнему было на стороне противника, особенно в артиллерии, танках и авиации.
Немецко-фашистское командование назначило новый срок захвата Севастополя не позднее 21 декабря.
Рано утром 17 декабря, после сильной артиллерийской подготовки и массированных налетов бомбардировщиков, гитлеровцы пошли в наступление. Главный удар наносился в направлении оконечности Северной бухты, чтобы в случае успеха разрезать наш фронт на две части. Вторым направлением являлась Северная сторона. И там и тут были участки, где в течение дня наши части отбивали до десяти атак. На вражеские атаки отважные севастопольцы отвечали сокрушительными контратаками, заставляя врага стремительно откатываться с позиций, завоеванных им ценой огромных потерь. Нередко на площади в полтора-два квадратных километра в течение дня оставалось до тысячи трупов гитлеровских солдат и офицеров.
Артиллерия Приморской армии и береговые батареи отвечали на огонь врага сосредоточенным огнем всех своих стволов. На наиболее угрожаемых участках действовали гвардейские минометы. «Катюши» обычно вели огонь по резервам противника, по частям, готовившимся к штурму. Были случаи, когда уничтожались сразу целые подразделения гитлеровцев, сосредоточенные в лощинах для атаки наших позиций.
Большую помощь осажденным войскам оказывала авиация гарнизона. Истребители не давали противнику бомбить наши позиции, а штурмовики по нескольку раз в день налетали на позиции врага и на дороги, ведущие из глубины Крымского полуострова к Севастополю, на аэродромы, расположенные в районах Симферополя и Евпатории, уничтожали подходившие автомашины противника с живой силой и грузами. Самолеты нередко делали по 6—7 боевых вылетов в день.
В севастопольские бухты приходили линкор «Севастополь», крейсера, эскадренные миноносцы и другие корабли. Огнем своих орудий они поддерживали наши наземные войска. В последних числах декабря корабли в течение дня выпускали по врагу до тысячи и больше снарядов.
Немецкое командование, чтобы подбодрить свои войска, прибегало к обычным для него уловкам, объявляя по радио, что Севастополь уже сдается, что город будет взят в ближайшие дни. Офицеры заверяли солдат: "Сегодня обедать будете в Севастополе, не берите с собой пайка и теплого обмундирования, в городе богатые магазины и цейхгаузы, много шнапса и девушек". Об этом, в частности, сообщали пленные, взятые 22, 24 и 31 декабря. В конце декабря в Крыму была довольно холодная погода, шел мокрый снег, дул пронизывающий норд-ост. Перспектива встретить новый год в теплых помещениях города, естественно, подогревала наступательный пыл гитлеровцев.
Ставка Гитлера усиленно нажимала на командующего 11-й армией, требуя от него быстрее разделаться с Севастополем. После того как немецкие дивизии, разгромленные под Москвой, стали под ударами советских войск откатываться на запад, взятие Севастополя могло бы в какой-то степени поддержать престиж фашистской армии у себя в Германии и за ее рубежами.
Но так же, как и в первом штурме, все удары врага разбились о невиданную, железную стойкость защитников города-героя. Севастопольцы знали, что Родина с ними. Знали, что за их героической неравной борьбой с врагом следит вся страна и не забывает о них.
По приказу Верховного Главнокомандующего И. В. Сталина силами боевых кораблей Черноморского флота и войск Северо-Кавказского фронта в декабре 1941 года была осуществлена сложная десантная операция на Керченский полуостров, которая отвлекла значительные силы немцев от Севастополя и тем самым улучшила его положение. Керченско-Феодосийская операция существенно и надолго изменила положение под Севастополем в нашу пользу.