Войска отошли на второй рубеж. Резервы и пополнение не получены. Снарядов 107-мм корпусной артиллерии, 122-мм гаубиц, 82-мм минометных нет. Остальной боезапас на исходе. На 20 декабря с целью усиления частей, действующих на фронте, вводится личный состав кораблей, береговых и зенитных батарей, аэродромной службы и т. д.
Дальнейшее продолжение атак противника в том же темпе — гарнизон Севастополя продержится не более трех дней.
Крайне необходимы поддержка одной стрелковой дивизией, авиацией, пополнение маршевых рот, срочная доставка боезапаса нужных калибров».
Севастопольская авиация в этот день делала все, что могла. Даже ДБ-3 начали совершать дневные вылеты без истребительного прикрытия, а звено Корзунова бомбило наземные цели шесть раз (в 10.45, в 12.34, в 14.00, в 15.23, в 16.30 и в 17.31). Экипажи практически не покидали самолетов, на них только успевали подвешивать новые бомбы, и они снова поднимались в небо. За день пилоты сухопутной авиагруппы совершили 125 самолето-вылетов и сбросили на голову врага шесть ФАБ-250, 194 ФАБ-100 и более 1100 осколочных авиабомб калибром 25 и 2,5 кг. В этот день результаты действий оказались более значимыми — по докладам летчиков, противник лишился двух бронемашин, 20 автомашин, 26 повозок, 22 зенитных орудий и пулеметов, потерял до двух батальонов пехоты. Один из вылетов пришелся на аэродром Саки, где базировалась торпедоносная эскадрилья 6/KG 26, но понесенный ею ущерб неизвестен. Немецкая авиация действовала в этот день гораздо менее интенсивно, чем в первые два. Бомбардировщики группами от двух до шести машин (очевидно, именно столько исправных самолетов имелось в эскадрильях к середине декабря 41–го) бомбила и обстреливала позиции наших войск в районе селений Камары и Камышлы. Всего за день посты ВНОС насчитали около 60 самолето-пролетов. Весьма характерно, что ни один из бомбардировщиков не рискнул показаться над портом, а «мессершмитты» показали полную беззубость в вопросе прикрытия собственных войск от ударов с воздуха.
Каких бы успехов ни добилась советская авиация, ее ударов было недостаточно, чтобы остановить немецкое наступление. Силы же защитников были на исходе. Армейский резерв уже весь находился в бою, а перебросить войска с других участков фронта генерал Петров не решился — не будучи уверен в надежной работе разведки, он допускал, что противник только и ждет этого, чтобы нанести новый сильный удар в другом месте. В очередной раз прочесали тыловые подразделения, включая личный состав авиаремонтных мастерских и строительной роты ВВС, что позволило влить в обороняющиеся войска к утру 20 декабря пять батальонов и три роты маршевого пополнения. Это позволило продержаться еще день. Тем временем отреагировала Ставка. Своей директивой № 005898 она подчинила СОР Закавказскому фронту, сделав, таким образом, его командующего ответственным за оборону города. Ему предписывалось немедленно прислать в Севастополь маршевое пополнение, боеприпасы, а также выделить одну стрелковую дивизию. Октябрьскому приказали немедленно вернуться в Севастополь во главе отряда кораблей огневой поддержки. Все пункты этой директивы были незамедлительно выполнены за исключением одного: «Оказать помощь Севастопольскому оборонительному району авиацией Закавказского фронта силами не менее пяти авиаполков». И дело здесь было не в неисполнительности подчиненных, а в том, что аэродром Херсонесский маяк и так был до предела заставлен авиатехникой, а действовать с аэродромов Кавказа могли только дальние бомбардировщики без истребительного прикрытия. Одновременно по своей линии нарком ВМФ Н. Г. Кузнецов дал такие же указания кавказской группе ВВС ЧФ. В ночь на 20-е из Анапы в Севастополь перелетели еще три Пе-2, три Ил-2 и семь Як-1. Последние относились к 3-й эскадрилье свежесформированного 7-го иап. Для того чтобы освободить для них место на аэродроме, на Кавказ отправили все исправные самолеты 11-го шап (шесть И-5, один КОР-1 и один Р-5). Севастопольская авиагруппа решительно приобретала «дневной» характер.