Отдельного разговора заслуживает группировка зенитной артиллерии. В период отступления из северной части Крыма в Севастополь прибыли 25, 26 и 114-й отдельные зенитно-артиллерийские дивизионы, ранее осуществлявшие ПВО портов и аэродромов в Евпатории, Сарабузе и на озере Донузлав. С учетом этого в главной базе скопилось три зенитно-артиллерийских полка (61, 62 и 122-й) и пять дивизионов — всего 40 зенитных батарей среднего калибра (160 орудий 76- и 85-мм) и 7 батарей малого калибра (36 орудий 45- и 37-мм). Кроме того, имелся пулеметный (18 счетверенных пулеметов М-4 — «максим») и два прожекторных батальона (90 прожекторов). Наблюдение за воздухом обеспечивали батальон ВНОС и отдельная радиотехническая рота с двумя радиолокационными станциями РУС-2. Такое количество зенитной артиллерии вместе с зенитными орудиями кораблей могло бы создать мощный щит в воздухе над городом, если бы не два обстоятельства. Во-первых, из-за нехватки полевых и противотанковых орудий — примерно 70% зенитных батарей пришлось выдвинуть на главный и передовой оборонительный рубежи, где они вели борьбу с наземными целями. Немецкое авиационное командование, выявив это, стало организовывать все налеты на Севастополь со стороны моря. Во-вторых, практически полное отсутствие к началу войны зенитной артиллерии в портах Кавказа заставило командование Черноморского флота в разгар первого штурма Севастополя не усиливать, а, наоборот, ослаблять группировку в районе главной базы. Между 12 и 20 ноября на Кавказ убыли два полка и три дивизиона, после чего в районе Севастополя остались только 61–й полк, 92 и 114-й дивизионы — 75 орудий всех калибров (около 25 калибром 37—45-мм) и 25 зенитных пулеметов. 25 декабря одна из установок РУС-2 была передислоцирована в район Анапы для предотвращения внезапных налетов на Новороссийск и Туапсе. Некоторым утешением могли служить только подразделения зенитной артиллерии Приморской армии, которые пробились в Севастополь — 880-й полк и 26-й дивизион (20 85-мм и 10 76-мм орудий), пулеметный батальон (семь пулеметов М-4). Еще примерно 10 орудий имелись непосредственно в стрелковых дивизиях. Такое сосредоточение зенитных средств на весь район Севастополя трудно признать очень мощным, но, как показали последующие события, его оказалось вполне достаточно, чтобы сковать активность немецкой авиации.
Самого подробного изучения требует вопрос о состоянии советской авиации. После поражения в Северном Крыму она начала энергично перебазироваться на удаленные от линии фронта аэродромы, причем некоторым частям пришлось осуществлять это по нескольку раз. В предыдущих боях части понесли большие потери, а их летный состав был крайне измотан. У некоторых летчиков и командиров, причем включая самое верхнее звено, появились признаки депрессии. 21 октября приказом наркома ВМФ Н. Г. Кузнецова с формулировкой «за плохое руководство, за недисциплинированность, за пьянство» был снят с должности командующий ВВС ЧФ генерал-майор авиации В. А. Русаков. Он был назначен на должность заместителя командующего ВВС Балтийского флота и погиб в авиакатастрофе в июне 1942 г. Его преемником на посту командующего ВВС ЧФ стал 30-летний генерал Николай Остряков, до того занимавший должность заместителя командующего ВВС Тихоокеанского флота.