Не сумев достигнуть успеха с помощью сухопутных сил, немецкое командование по обыкновению отдало приказ о тотальной бомбардировке города. Массированные налеты на Севастополь начались с 12 ноября. В этот день бомбардировщики люфтваффе группами по 10–12 самолетов бомбили различные городские объекты. Естественно, главный удар пришелся по военно-морской базе, которую атаковали 23 Ju 88. Большинство бомб они сбросили на стоявший у пристани крейсер «Червона Украина». После шести попаданий корабль стал набирать воду и накренился на левый борт. Борьба за его живучесть продолжалась около 16 часов, но несмотря на все усилия, он в конце концов затонул. Позднее с этого крейсера сняли орудия и использовали в составе береговых батарей. В ремонтных доках новые тяжелые повреждения получили эсминцы «Беспощадный» и «Совершенный». В городе были полностью разрушены 37 зданий и 29 повреждено.
При отражении налета были сбиты два немецких бомбардировщика. Один записали на свой счет зенитчики, а второй пришелся на долю Якова Иванова, ведомого Николая Саввы. По примеру ведущего, он таранил вражеский самолет, расстреляв все боеприпасы. Причем удар был нанесен настолько удачно, что летчик благополучно вернулся на аэродром. На истребителе МиГ-3 оказались лишь погнуты лопасти винта, которые заменили в течение пары часов. 16 ноября, во время очередного налета «юнкерсов» на севастопольскую базу, Я.И. Иванов снова таранил бомбардировщик противника, но на этот раз удача ему изменила. Оба столкнувшихся самолета разрушились в воздухе, и советский летчик погиб. Всего в течение месяца в налетах на Севастополь приняли участие 380 немецких бомбардировщиков.
В этот период времени севастопольская авиагруппа, кроме штурмовки вражеских войск, начала также систематические налеты на вражеские аэродромы. 6 ноября штурмовики Ил-2 из 18-го ШАП под прикрытием «яков» и «лаггов» (всего 24 самолета) атаковали аэродром Сарабуз. Два штурмовика отвлекли внимание противника, а основная группа нанесла точный удар, в результате которого были замечены на земле пять крупных пожаров. В воздушном бою один Bf 109 сбил летчик Шемякин. 11 ноября был совершен налет на немецкий аэродром Завадское под Симферополем, где, по сведениям разведки, скопилось до 45 вражеских самолетов. В качестве ударной группы выделили 6 Ил-2 и 9 И-16 с бомбами, а общее прикрытие обеспечивали 8 истребителей Як-1. Самолеты взлетели на рассвете и весь маршрут шли на высоте 200–300 м, чтобы как можно дольше избегать обнаружения противником. Цель атаковали с ходу, после чего И-16 присоединились к «якам» сопровождения, а «илы» выполнили второй заход. По советским данным, на земле было уничтожено 6 истребителей и 3 бомбардировщика. Еще один бомбардировщик сбил на взлете лейтенант Н.Н. Евграфов. Советская сторона потерь в этом налете не понесла.
Штурмовые действия черноморской авиации сосредоточились с 11 ноября на районе Варнутки, Кадырово, где немцы перешли в наступление силами трех дивизий. Бомбили немцев как днем, так и ночью. Для ночных налетов применялись летающие лодки МБР-2, а также У-2 из 95-й ночной эскадрильи, способные нести специальные контейнеры с мелкими осколочными бомбами. Днем летали штурмовики и истребители. Для увеличения общего количества боевых вылетов по приказу Острякова за каждым самолетом закрепили по два-три пилота. Нужно заметить, что в качестве штурмовиков стали все чаще использоваться и самолеты И-16. Все современные истребители в севастопольской авиагруппе собрали в эскадрилье Михаила Авдеева, а остальные закрепили за эскадрильей Константина Денисова.
Первый штурм Севастополя завершился 21 ноября, после чего активность люфтваффе в Крыму снизилась до минимума.
В севастопольской авиагруппе на 22 ноября насчитывалось всего 59 самолетов, в том числе 36 исправных, однако она продолжала доставлять неприятности врагу. Так, 23 ноября шестерка Ил-2 из 18-го ШАП под командованием майора А.А. Губрия в сопровождении И-16 из 8-го ИАП вновь совершила налет на аэродром Сарабуз, где сгорело, по докладам пилотов, до 15 немецких самолетов. На следующий день при повторном налете там было уничтожено на земле еще три самолета и два сбито в воздухе. Всего в течение ноября севастопольская авиагруппа уничтожила 38 самолетов противника в воздушных боях и 54 на земле при собственных потерях 24 самолетов.