26 декабря десант высадился вблизи Керчи, а 30 декабря — в Феодосийском порту. В первой волне десанта было более 40 тыс. человек. В Феодосии десантники высадились прямо в порту и выбили из города небольшой немецкий гарнизон. В Керчи пришлось высаживаться на необорудованное побережье. Десантники шли по грудь в ледяной воде под огнем немецких батарей и несли большие потери. Но через несколько дней ударил мороз, и основные силы 51-й армии смогли переправиться по льду Керченского пролива. 29 декабря командующий 42-м армейским корпусом генерал граф Ханс фон Шпонек, опасаясь окружения, приказал немецко-румынским войскам отойти на Парчапские позиции. Приказ был тут же отменен Манштейном, но радиостанция штаба корпуса перемещалась на новое место и не смогла принять новый приказ. На Керченском полуострове 46-я пехотная дивизия оставила свое тяжелое вооружение, а ее командир генерал Курт Гиммер был убит. Шпонек был предан суду и приговорен к расстрелу, замененному 6-летним заключением в крепость. После покушения на Гитлера 20 июля 1944 года Шпонек был обвинен в участии в заговоре и казнен.
Поскольку советские войска продвигались слишком медленно, германо-румынские части успели создать заслон на рубеже отроги Яйлы — побережье Сиваша западнее Ак-Монай. Из-за узости фронта наступающие не могли в полной мере использовать свое подавляющее численное превосходство. На плацдарме не было ни одного госпиталя. Многие раненые умирали, не дождавшись помощи, во время перевозки на Тамань. Поэтому потери, особенно безвозвратные, во время высадки десанта были особенно велики: более 40 тыс. человек, из них около 32 тыс. убитыми, замерзшими и пропавшими без вести, а также 35 танков и 133 орудия и миномета. Не было у десантников и зенитных орудий, что делало их беззащитными перед Люфтваффе. 4 января немецкие бомбардировщики потопили пять транспортов и тяжело повредили крейсер «Красный Кавказ». Это затруднило доставку на плацдарм боеприпасов и другого снабжения.
5 января 1942 года Черноморский флот произвел также высадку десанта в порту Евпатории силами батальона морской пехоты, но он был полностью уничтожен.
15 января немцы, перебросив часть войск от Севастополя, перешли в контрнаступление, ударив в стык 44-й и 51-й армий в районе Владиславовки. В этот день штаб 44-й армии был уничтожен авианалетом и командарм был тяжело ранен. 18 января немцы отбили Феодосию. Войска Кавказского фронта отошли за Акманайский перешеек. 28 января был образован Крымский фронт под командованием генерала Козлова. В начале февраля фронт был усилен 47-й армией генерала Константина Калганова. 27 февраля советские войска перешли в наступление на Керченском полуострове. Навстречу им нанесла удар Приморская армия, не сумевшая, однако, прорвать кольцо осады. Представителем Ставки на Крымском фронте был назначен армейский комиссар 1 ранга Лев Мехлис. Однако наступление не принесло успеха и 19 марта было прекращено. 9 апреля Крымский фронт предпринял свое последнее наступление с участием 160 танков, которое было остановлено уже через два дня.
8 мая началось немецкое контрнаступление, получившее условное название «Охота на дроф». Его осуществляли пять немецких пехотных и одна танковая дивизии, а также две румынские пехотные дивизии и одна румынская кавбригада. Манштейн рассчитывал уничтожить главные силы обороняющихся еще во время прорыва, чтобы не дать им возможность использовать свое численное превосходство. Основные советские штабы были выведены из строя мощными авианалетами. Так, 9 мая был уничтожен КП 51-й армии. Генерал Львов был убит. Основной удар наносился на юге, а на севере был предпринят обходный маневр. В штабе Крымского фронта немецкое наступление стало полной неожиданностью. 8 мая Мехлис пожаловался Сталину на Козлова, который будто бы не слушал его предупреждения о предстоящем немецком наступлении. Сталину такая попытка снять с себя ответственность не понравилась, и 9 мая он, не скрывая раздражения, телеграфировал Мехлису: «Вы держитесь странной позиции постороннего наблюдателя, не отвечающего за дела Крымфронта. Эта позиция очень удобна, но она насквозь гнилая. На Крымском фронте Вы не посторонний наблюдатель, а ответственный представитель Ставки, отвечающий за все успехи и неуспехи фронта и обязанный исправлять на месте ошибки командования. Вы вместе с командованием отвечаете за то, что левый фланг фронта оказался из рук вон слабым. Если „вся обстановка показывала, что с утра противник будет наступать“, а вы не приняли всех мер к организации отпора, ограничившись пассивной критикой, то тем хуже для Вас. Значит, Вы все еще не поняли, что Вы посланы на Крымфронт не в качестве Госконтроля, а как ответственный представитель Ставки. Вы требуете, чтобы мы заменили Козлова кем-либо вроде Гинденбурга. Но Вы не можете не знать, что у нас нет в резерве Гинденбургов».
Главные силы Крымского фронта в беспорядке отступили к Керчи и 18 мая прекратили сопротивление.