Быстроходные военные корабли еще могли прорваться в Севастополь (с середины июня основная тяжесть по доставке военных грузов легла на эсминцы и крейсера), но они не способны были обеспечить потребности 100-тысячного гарнизона. Кроме того, для блокады города с моря немцы сосредоточили в крымских портах сторожевые и торпедные катера — 6 «шнелльботов» 1-й флотилии корветтен-капитана Хейнца Бирнбахера и 5 итальянских MTSM под командой капитана 1-го ранга Милибелли из 10-й флотилии MAS. В Ялте разместились 6 итальянских карликовых субмарин типа СВ, а на аэродромах — до 150 самолетов-торпедоносцев и пикировщиков, переброшенных со средиземноморского театра.
О последних адмирал Басистый писал: «Пожалуй, впервые мы встретили таких настойчивых вражеских летчиков. Не отступают, лезут на огонь». 10 июня в севастопольской базе, атакованный 15 «юнкерсами», погиб эсминец «Свободный», 13-го у Минной стенки немецкая авиация потопила теплоход «Грузия» с грузом снарядов.
Все это вынудило командование Черноморского флота активнее привлекать в качестве транспортов подводные лодки. Они осуществляли перевозку боеприпасов, продовольствия и авиатоплива. Субмарины совершали переход морем в надводном положении максимальными скоростями. Погружались только в случае уклонения от атак противника. Разгрузку производили ночью, стараясь до рассвета передать грузы и принять эвакуируемых. В случае задержек лодка на день ложилась на грунт.
В мае-июне к перевозкам привлекались 24 подводные лодки всех имеющихся типов, которые совершили 78 походов и доставили севастопольцам около 4000 тонн груза. Обратными рейсами вывезено более 1300 человек. Особо опасное предприятие представляла собой транспортировка в лодочных цистернах бензина: он разрушает резиновые уплотнения, и его пары, проникая в отсеки, отравляют личный состав, создают опасность воспламенения от искр работающих электромеханизмов. На нескольких «малютках» имели место серьезные аварии, вызванные взрывами паров бензина и последующими пожарами. С каждым днем возрастало и противодействие противника.
Начиная со 2 июня в течение пяти суток немцы вели непрерывную артиллерийскую канонаду и авиационную бомбардировку Севастопольского оборонительного района. Самолеты наносили удары по порту, тылам, аэродромам, коммуникациям и городу, в котором еще оставалось 35 тысяч жителей. Советская артиллерия в ответ совершала огневые налеты по местам скопления войск противника; ее стрельбу корректировали высаженные на побережье специальные группы наблюдателей.
5 июня в 5.35 первый бетонобойный снаряд по северной части Севастополя выпустила установка «Дора». Следующие 8 снарядов полетели в район батареи № 30. Столбы дыма от взрывов поднимались на высоту 160 м, однако ни одного попадания в броневые башни достигнуто не было, точность стрельбы орудия-монстра с дистанции почти 30 км оказалась, как и следовало ожидать, весьма невелика. Еще семь снарядов «Дора» в этот день выпустила по так называемому «Форту Сталин», в цель попал только один из них.
На следующий день орудие семикратно обстреляло «Форт Молотов», а затем уничтожило большой склад боеприпасов на северном берегу бухты Северной, укрытый в штольне на глубине 27 м. Это, кстати, вызвало недовольство фюрера, который считал, что «Дора» должна использоваться исключительно против сильно укрепленных фортификационных сооружений. В течение трех дней 672-й дивизион израсходовал 38 снарядов, осталось 10. Уже в ходе штурма 5 из них 11 июня были выпущены по «Форту Сибирь» — в цель попали три, остальные выстрелили 17 июня. Лишь 25-го числа на позицию был доставлен новый боезапас — 5 фугасных снарядов. Четыре были использованы для пробной стрельбы и лишь один выпущен в сторону города.
Сразу по окончании сражения, 2 июля, начался демонтаж «Доры». В сравнении с усилиями, затраченными на обеспечение ее боевой деятельности, толку от сверхпушки оказалось немного. К тому же из-за громоздкости и привязки к железнодорожному полотну артсистема была уязвима для авиации. По оценке Манштейна: «В целом эти расходы не соответствовали достигаемому эффекту».
В начале 1943 года в строй была введена вторая пушка этого типа, но в боевых действиях они больше не применялись. Обе были уничтожены самими немцами в последние недели войны. В целом оправдала себя оценка, данная проекту генералом Гальдером еще в декабре 1941 года: «Необычная сверхпушка, но бесполезная».
Наибольшего успеха под Севастополем добились артиллеристы 833-го артдивизиона. Израсходовав в период с 5 по 14 июня 172 бетонобойных и 25 фугасных 615-мм снарядов, «карлы» сумели прямыми попаданиями разрушить обе башни 30-й батареи.
7 июня наступило время штурма.
В 3.00 вся немецкая и румынская артиллерия открыла ураганный огонь по позициям обороняющихся. Час спустя, после того как огонь был перенесен в глубину, в атаку двинулись немецкие дивизии. Бои с первого дня приняли ожесточенный, кровавый характер. В ходе их германские полки сократились до нескольких сот человек, ибо русский солдат, по признанию Манштейна, «поистине сражался достаточно храбро», показывая пример «невероятной стойкости».
В течение пяти суток защитники города успешно отражали атаки, однако к середине июня они стали остро ощущать нехватку боеприпасов. 17 июня немецкой пехотой была окружена 30-я батарея. На этот момент, помимо личного состава батареи, в казематах укрылось около 300 красноармейцев из отступавших стрелковых частей. Часть пехотинцев и матросов прорвались к своим, а остальные укрылись в подземных помещениях. Бои во внутренних помещениях батареи продолжались до 24 июня. Немцы применяли огнеметы, подрывные заряды, бензин, а по некоторым данным, и отравляющие газы. В ходе боев они взяли в плен 40 бойцов. 26 июня Александер с несколькими матросами вырвался из бетонного блока через водосток. Через сутки он был взят в плен и впоследствии расстрелян в Симферопольской тюрьме.
18 июня ценой больших потерь немцам удалось выйти к Северной бухте, Инкерману, Сапун-горе. 26 июня в Севастополь на двух эскадренных миноносцах, лидере «Ташкент» и двух тральщиках прибыло последнее пополнение — 142-я стрелковая бригада. Корабли разгружались и принимали раненых в Камышовой бухте, которая находилась за городской чертой. На обратном пути у мыса Айтодор вражеские бомбардировщики потопили эсминец «Безупречный». Боеприпасы, топливо и продовольствие доставлялось теперь в небольших количествах только подводными лодками и транспортными самолетами DC-З.
Капитан 1-го ранга А.К. Евсеев записывал в дневнике: «После падения Северной стороны бомбардировки с воздуха усилились еще более, дойдя до своего апогея. Самолетов было настолько много и настолько тесно им было маневрировать в воздухе, что были зафиксированы отдельные случаи столкновения германских самолетов друг с другом, которые с грохотом падали на землю…наша зенитная артиллерия была подавлена совсем… Наша истребительная авиация днем уже почти не поднималась в воздух».
29 июня, с падением Инкерманских высот, судьба крепости была решена. В советских стрелковых дивизиях осталось по 800 бойцов, в бригадах — 400. Лишь 9-я и 142-я бригады были укомплектованы почти по полному штату. Из-за отсутствия боеприпасов редкий огонь артиллерии мог оказать обороняющимся чисто моральную поддержку. В ночь на 30 июня подразделения 22-й дивизии генерала Вольфа и 24-й дивизии генерала фон Теттана, прикрываемые артогнем и дымовыми завесами, форсировали на моторных лодках Северную бухту. Эта операция сопровождалась концентрическими ударами немецко-румынских сил на всех направлениях. Пехота 170-й дивизии при поддержке реактивных минометов, штурмовых орудий и «голиафов» взяла штурмом Сапун-гору, следом пал Малахов курган. Вечером 30 июня остатки войск СОР стали отходить из Севастополя к бухтам Стрелецкая, Камышовая, Казачья и на мыс Херсонес. Началась агония Приморской армии.
Официальная советская история сообщает, что «3 июля советские войска по приказу Ставки Верховного Главнокомандования оставили Севастополь и были эвакуированы морем… Чтобы не дать противнику возможности помешать эвакуации, части прикрытия в районе Севастополя и на Херсонесском полуострове сдерживали наступление врага, а тем временем по ночам производилась посадка на корабли». Далее демонстрируется «схема эвакуации» войск и населения.
В действительности эвакуация Севастополя никогда не планировалась, а 30 июня, после занятия противником Корабельной стороны, стала просто невозможной. Поэтому в ночь на 1 июля, после доклада адмирала Октябрьского о том, что все возможности для обороны города исчерпаны, по приказу Москвы с мыса Херсонес на подводных лодках Л-23 и Щ-209 и нескольких транспортных самолетах были вывезены только высшие командиры и комиссары СОР — генерал Петров со штабом, командиры дивизий, командование флота, партийное руководство и чины НКВД — всего 498 человек, а также около трех тонн документов и ценностей. Той же ночью отплыли все имевшиеся под рукой исправные плавсредства, на них тоже сажали по спискам; они доставили в кавказские порты 304 человека.
Эти генералы и есть эвакуированные войска, а партийные бонзы и их родственники — население. Все остальные — и еще ведущие бой пехотинцы, и раненые в подвалах и штольнях — все были оставлены на берегу («войска прикрытия»!). Улетели в Анапу последние 18 исправных боевых самолетов, а около 2000 человек наземной обслуги отправились в окопы.
Оставшимся бойцам во главе с командиром 109-й стрелковой дивизии генерал-майором П.Г. Новиковым вручили приказ: «…сражаться до последней возможности, после чего… пробиваться в горы, к партизанам». Они держались еще два дня.
В ночь на 2 июля личный состав взорвал батарею № 35: боекомплект был израсходован полностью. Прибывшие в последний раз два тральщика, две подводные лодки и пять морских охотников вывезли еще около 650 человек.
Инженер А.Н. Шаров, воевавший на Херсонесе до последнего дня, вспоминал: «На берегу скопились тысячи солдат. Когда подошел корабль, люди бросились на деревянный причал, и он рухнул под тяжестью тел. Невозможно было разобрать, кто погиб, а кто выбрался из-под бревен. Штормовая волна. Корабль отошел от берега. Люди бросаются вплавь. Матросы спускают веревки, чтобы помочь солдатам взобраться на палубу. Картина была страшная… Вдоль берега под скал