德军攻击克里木半岛的部队是曼施泰因率领的第11集一团一军，而追击苏军第51集一团一军的德军则是由他统率的、新调上来的第42军。这第42军的指挥是冯·施波内克中将。
德国法西斯头子希特勒令曼施泰因继续东进，但遭到苏军的顽强抵抗和有力反击，东进被阻。希特勒便令曼施泰因扫清克里木半岛苏军，尤其要攻下岛上重城塞瓦斯托波尔，以便为德军下一年的进攻作好准备。
塞瓦斯托波尔是突出于黑海北部的克里木半岛西南的一座城市。该城被狭长的、宽约千把米的北湾分成两部分，主城在北湾之南，北湾之北的城区叫作“北城”。“北城”之北有别尔别克河。全城之东有萨蓬山等山地，山间有超尔纳亚河斜贯。城西则有赫尔松涅斯半岛。
为了保卫塞瓦斯托波尔，苏军于1941年11月初成立了塞瓦斯托波尔防御指挥部，司令员是黑海舰队司令员奥克佳布尔斯基海军中将，副司令员是独立滨海集一团一军司令员叶·艾·波德罗夫。
守卫塞瓦斯托波尔的苏军有5.2万人，其中包括几个海军陆战旅的水兵2.1万人，火炮不下于170门。后来，又有若干军队从东方调来协助守卫。
苏军在塞瓦斯托波尔外围构筑了三道防线，最外面一道在城东十五六公里处，环状；中间一道从城东的超尔纳亚河北岸起，沿萨蓬山而南，直至黑海滨；最里面的一道则抱于城北、城东、城南。各道防线都有许多钢筋混凝土工事。整个防线之内划为四个防区，以便指挥。
为了摸清苏军一火力设置，1941年11月德军第54军的几个师在埃·汉森指挥下，接近塞瓦斯托波尔外围防线，噼哩啪啦放了几槍便隐藏起来，苏军察知敌人来意，便也只还 击了几梭子子弹便不再射击。埃·汉森不敢轻进，也未摸清苏军虚实，退去。
接着，德方第11集一团一军的曼施泰因准备以两个军的兵力在强大人力支援下攻占塞瓦斯托波尔。但此时一陰一雨连绵，时而大雨如注，使德军的军需品难于运送，又加之失散于敌占区的小股苏军兵士不时偷袭敌人，使德军及其所属的罗马尼亚部队不得安宁，因此，直到1941年12月中旬，德军才做好了攻击塞瓦斯托波尔的准备。
1941年12月17日，德军从南、北两边向塞瓦斯托波尔发起进攻。南部的德军第24步兵师与第50步兵师向西运动，准备拿下俯瞰城区的那拉高地和分割城区的北湾。德军沿超尔纳亚河河谷推进。这一带道路崎岖，灌木林密布。正当德军接近苏军外层防御圈时，苏军一火炮怒吼，槍声大作，把德军打死打伤不少。德军稍稍后撤，其支援炮火便向苏军阵地猛轰，山石炸裂，土石乱飞，此时苏军已躲入掩体。而后，德军又一边叫嚷一边放槍向前冲，苏军从掩体中瞄准敌人齐发槍炮，把德军打得向后退去。苏军也不追击。双方相持，连日以大炮相轰击。再说北边，德军的第22步兵师和第132步兵师由别个别河的峡谷出发，向守卫城北侧西海岸的苏军发起进攻，苏军的守卫部队是第388步兵师、第40骑兵师以及第7海军陆战旅。此时已是冬季，天气已颇为寒冷，又加一婬一雨不息，德军的许多部队仍无大衣、手套及棉帽，而是穿着夏衣，这本是一旅疲惫之师，但由于苏军情绪沮丧，望敌生畏，一接触便被击溃了。然而，几天之后，由于苏军军官亲临战阵督战，政治委员们又去鼓动，而且威胁说如果当了俘虏，家属也要株连被惩罚，加之苏军新的一精一锐部队逐渐投入战斗，才逐渐阻住了德军的进攻，不过双方伤亡都不少。
其间，德国肖尔蒂茨指挥的第16步兵师，在重炮的支援下向苏军阵地强攻。
苏军战士顽强抵抗，终因人员伤亡太大，败退下来。苏军的第三防区被敌人突破。
德军进攻持续不停，塞瓦斯托波尔的守卫面临严竣考验。
此时，苏联国家元首斯大林下令改组守卫塞瓦斯托波尔的领一导一人员。1941年12月20日，由原先配置在库班的外高加索方面军领一导一人科兹洛夫负责守卫塞瓦斯托波尔。次日，一个步兵师和一个陆战旅渡海抵达塞瓦斯托波尔。
而令原塞瓦斯托波尔防御指挥部的奥克佳布尔斯基司令员，即黑海舰队司令员，从速返回塞瓦斯托波尔，以火力支援地面部队。此时，奥克佳布尔斯基海军中将在离塞瓦斯托波尔四百多公里外的诺沃罗西斯克海军基地。奥克佳布尔斯基接到电今后，立即率领若干艘舰只前来支援。
此时，塞瓦斯托波尔守军仍处于危急之中。
1941年12月26日，两支苏军由东部开来支援。一支是由利沃夫指挥的第51集一团一军，一支是由契克尼亚克指挥的第44集一团一军。
利沃夫指挥的第51集一团一军有1.3万人，冒着暴雨渡海登陆，登陆处是荒无人烟的海岸，德国空军不时袭击，而苏军并无空中支援和地面炮火支援。
契尔尼亚克指挥的第44集一团一军，则先以3000人在塞瓦斯托波尔东约二百公里的地方登陆，以切断德军第42军的后方一交一通，而后，从12月29日起，苏军又有2.3万人，在暴风雨和德军空袭中登陆，虽然损失了不少船只，但终于到达了塞瓦斯托彼尔。
至此，塞瓦斯托波尔的守卫又得以稳固。
1942年1月15日，德国曼施奉因的第11集一团一军，以三个半师的兵力进攻塞瓦斯托波尔以东的菲奥多西亚港，以切断东部苏军与塞瓦斯托波尔的联系。当时该地的苏军有8个师，结果却被德军击败，被俘一万余人，丢失火炮170门。不过，苏军的东西方联系并未被切断，因为此时刻赤海峡已封冻，大批苏军可从冰上西援。
1942年1月28日，科兹洛夫指挥的苏联高加索方面军改称克里木方面军，因为斯大林认为收复克里木半岛，尤其是保卫塞瓦斯托波尔，关系极其重大，关系着苏军全线大反攻。期大林此时还 把苏军总政治部主任麦赫利斯以最高统帅部代表的身份派在克里木。
1942年2月27日，苏军向截断与包围塞瓦斯托波尔的德军发起猛攻，经6天激战，战役告终。此后，3月13日、3月20日、3月26日、4月9日，苏军又连续在克里木半岛向德军进攻，以打击德军对塞瓦斯托波尔的攻击力量。此时，德方曼施泰因的坦克几乎全被苏军摧毁。
1942年5月8日到5月15日，德军空军与陆军同时大举向塞瓦斯托波尔的刻赤进攻，苏军抵挡不住，弃城而逃，被俘17万人，损失火炮1.1万门，坦克250辆，摩托车3800辆，飞机300架。这样，塞瓦斯托波尔的守军陷入不利境地。德军后来用这些缴获的武器来攻打塞瓦斯托波尔，而苏军的领一导一人科兹洛夫、契尔亚尼克与麦赫利斯等，均因此次失败而被贬职。
到1942年6月，苏军在南线的力量已大为减弱。而此时，德国第11集一团一军按希特勒的意图，准备拿下塞瓦斯托波尔以便东进。
此时守卫塞瓦斯托波尔的苏军共有7个步兵师、3个海军陆战军和其他部队，后来又有两个步兵旅前来支援，总计70个营。该地区的百姓，凡能使用武器的皆征召入伍，这些守卫军兵，计有火炮600门，坦克40辆。
德军分三路进攻塞瓦斯托波尔。北路是埃·汉森指挥的第54军，南路是弗雷特尔·皮科指挥的第30军，中路是罗马尼亚山地旅。总共有7个德国师，2个罗马尼亚师，支援的有700门火炮和一批重型迫击炮。而其空中支援则有里希特霍芬指挥的第8航空军，该航空军有7个轰炸机大队，3个斯图卡轰炸机大队，4个战斗机大队及17个高射炮兵连。此外，德军还 有一些巨人式遥控装甲履带输送车，此车能将烈一性一炸药运入对方防御工事。
1942年6月7日，曼施泰因指挥的德军对塞瓦斯托波尔发动攻击，许多大口径与中口径的火炮把炮弹倾泻到苏军阵地上，德军空军也对苏军阵地进行轮番轰炸。苏军在各防御阵地顽强阻击。
北路苏军与德军在别尔别克峡谷激战。德军用巨人式遥控装甲履带输送车装着烈一性一炸药向苏军开来，苏军用大炮轰击，但那“巨人”车却左拐右折地隆隆开来，一到苏军坚固的防御工事，便“轰”地一声爆得烈焰硝烟腾入半空，顿时把那工事与守卫苏军炸成齑粉。苏军无法对付此种“巨人”，在北线边战边退。后来，北线的重要设防点斯大林堡，被德军肖尔蒂克的第16步兵一团一夺去。
在南路，苏军凭借险要的山势、坚固的工事与不易通过的密密灌木丛与德军鏖战。到处是地雷、炮弹、炸弹的巨大爆裂声，子弹如同不断呼啸的骤雨。德军伤亡惨重，有的步兵一团一只剩了几百人。不少步兵连就剩了几个人。
但苏军也难于坚守，终于被德军攻占了萨莲山一带的前沿阵地。
在中路，苏军成功地阻击了敌军进攻部队，坚守住那拉高地。
德军的攻势总的看来虽有所进展，但未能达到预期目的。而此时，德军第8航空军一团一因其他战场的需要·可能要撤出塞瓦斯托波尔的战斗。因此，德军集中兵力攻击苏军守卫相对薄弱的北部防线。德军埃·汉森的第54军的第50步兵师，越过超尔纳亚河，攻占苏军沿萨蓬山筑就的防御阵地后方的英克尔曼。6月28日，德军两个步兵师（第22、第24师）又趁夜强渡宽只一公里左右的北湾，直扑塞瓦斯托波尔城的东部，绕到苏军防线的后方，苏军防线至此失去了作用。
苏军的防线虽己不复存在，但某些地段的战斗依然激烈，尤其是悬崖峭壁的洞一穴一与炮兵陈地的坑道中的苏军，都在作最后的抵抗。
由于德军的空中优势，苏联里海舰队水面船只此时已无法进入塞瓦斯托波尔，不像以前那样还 可运送援兵和补给品。只有潜艇尚可进入塞瓦斯托波尔，但此时潜艇的任务却是把苏军所有的高级军官及其他高级官员们撤出此地，以免被俘。
塞瓦斯托波尔的零散守军中的政治委员们，仍在基层组织残兵与德军作殊死战，决不投降，这使德军遭到惨重的伤亡，伤亡约二万四千亲人。
这些基层政治委员们在槍弹用尽、退无可退时，就与残剩的兵士，成群的老百姓，其中包括妇女与年轻姑一娘一们一起，手挽着手向德军冲去，悲壮地在阵地上倒下。苏联普通军人的血与老百姓的血流在一起，渗入岩缝，凝固在塞瓦斯托波尔的土地上。
苏联独立滨海集一团一军残部退至塞瓦斯托波尔西侧的赫尔松涅斯角，打算从海上撤退，但遭到围歼，三万余人于1942年7月4日投降。
到1942年7月3日结束的塞瓦斯托波尔保卫战，经历了250天。苏军击毁德军几百辆坦克，几百门大炮，歼敌30万。最后，德军俘虏苏军9万人，缴获大炮460门。战斗期间，德军消耗了4.6万吨弹药、2万吨炸弹。
