5月8日，敌人经过准备之后，又转入进攻。德国法西斯第11集团军主力部队，在航空兵第8军和第4航空队的支援下，参加了这次进攻。同时，敌人在费奥多西湾地区，进行了小股部队的舢板登陆。德军在突破克里木方面军的防御后，顺利地展开了进攻。
5月１０日夜间3点，Ｎ·Ｂ·斯大林用直通电话与克里木方军首长通话。最高统帅在听完大本营代表（一级集团军级政委）Л·З·梅赫利斯和Д·Ｔ·科兹洛夫关于前线形势的报告后，命令把第47、5l集团军、以及44集团军余部撤到“土尔其堡垒”，以避免陷入包围。他最后说：“梅赫利斯和科兹洛夫应立即组织‘土耳其堡垒’一线的防御”。
5月11日23时５０分，大本营在给高加索方向总司令的训令中，建议他马上到克木方面军司令部，敦促梅赫利斯和科兹洛夫立即到“土耳其堡垒”，在那里接受、整顿退却部队立即组织防御。训令中指示：主要任务是不许敌人从‘土耳其堡垒’向东推进。为此，要运用一切防御手段”，包括空军和海军。
在敌人猛攻下，克里木方面军历经苦战后，向刻赤地区撤退。5月15日1点１０分，大本营再次命令克里木方面军：“不准丢掉刻赤”。但为时已晚，已无法扭转已形成的局面。于是，当天（5月15日）部队渡过刻赤海峡，撤往塔曼半岛。撤退持续到5月19日，而且是在极端复杂的情况下进行的。没来得及撤到塔曼半岛的克里木方面军一些兵团和部队的军人，在刻赤采石场组织了游击队，开展抗击占领者的斗争。但许多人都牺牲了或成为俘虏。
5月19日，遵照大本营训令，撤销克里木方面军，而北高加索方向总指挥部队改编为布琼尼指挥的北高加索方面军。克里木方面军原有的部队和驻扎在北高加索、塔曼半岛以及亚速海和黑海沿岸的部队、兵团与机关都编入北高加索方面军。隶属北高加素方面军指挥的有：塞瓦斯托波尔防御地域（经里海舰队司令实施指挥）、里海舰队、亚速海区舰队、北高加索军区。
北高加索方面军的任务是：‘坚守塞瓦斯托波尔防御地域，保卫塔曼半岛并不借一切代价制止敌人强渡刻赤海峡，防止敌人从克里木突入北高加索。”如若敌人在罗斯托夫——高加索方向上发起进攻，北高加索方面军一定要守住顿河一线，并同南方面军协同作战，阻止敌人楔入北高加索。
克里木战事的发展，继续对苏联方面不利。刻赤半岛战斗结束后，敌人在１９４２年5月下旬，开始把第11集团军的主力调往塞瓦斯托波尔地区，并封锁了塞瓦斯托波尔。这时敌人取得新的战绩，起了决定性作用。Ｎ·Ｅ·彼得罗夫少将指挥的苏联滨海集团军，有七个步兵师，四个旅，2个海军陆战团，两个坦克营和一列装甲列车。但在敌人6月进攻前，所有师的人员配备才达编制人员的百分之五十五。参加塞瓦斯托波尔防御的还有里海舰队的战舰及其航空兵部队。
向塞瓦斯托被尔进攻的敌军集团，编成有20万4千官兵，75毫米到600毫米的火炮670门，反坦克炮655门，迫击炮720门，坦克450辆和飞机约600架。曼施泰因的第11集团军步兵第54军担任主攻，该步兵军有120个炮兵连的火力支援，其中有56个重炮连和超重炮连。
法西斯统帅部向克里木港，首先是向雅尔达，派出了19艘鱼雷快艇，30艘护卫艇和8艘防潜警戒艇，以及6艘意大利小型潜水艇。
仅有10万6千人，600门火炮和迫击炮，38辆坦克的塞瓦斯托波尔保卫者，要抗击如此众多的兵力兵器。配置在塞瓦斯托波尔地区的空军仅有53架能用的飞机。可见，敌人在坦克和空军数量上，占有绝对优势。
敌人从空中和海上对塞瓦斯托波尔实施封锁，为此，专门派出了空军和海军。里海舰队的战舰担负起了向塞瓦斯托波尔供应武器、弹药、装备和粮食的任务。它们每当靠近这座被包围的城市时，都得突破封锁（为此，必须克服不少特殊的困难，只要讲一讲在突破封锁时，一些苏联舰艇要遭到大约90架飞机的攻击，每架飞机投下的炸弹平均200一300机就可以想象那些特殊困难的严重程度）。为供应塞瓦斯托波尔，还动用了北高加索方面军的航空兵团。
希特勒的空军和炮兵，从5月20日开始，加强了自己的活动，妄图突破城市防御。6月2日至6日，敌人进行了五天的炮火准备和航空火力准备，作为对塞瓦斯托波尔第三次攻击的开始。滨海集团军和里海舰队的阵地，以及整个城市，都遭到了猛烈袭击。德国飞机进行了密集袭击，炮兵（包括一个615毫米超重臼炮和800毫米的“多拉”加农炮连）进行了等速射击。法西斯匪徒相信，这样的火力可消灭所有生命。6月7日，德军第11集团军指挥部派步兵发起冲锋。曼施泰因指挥的集团军转入对塞瓦斯托波尔的坚决进攻。敌人在北湾方向实施主要突击，沿雅尔达公路进行辅助突击。英勇保卫里海舰队主要基地的最后、最因难的时刻来到了。尽管敌众我寡，但塞瓦斯托波尔的保卫者——步兵、水兵、火炮和迫击炮手——进行了顽强的抵抗，每天要打退十五至二十次的冲锋，并重创希特勒匪徒。城市的保卫者付出了巨大的牺性。敌人空军每天进行６００—１０００架次的空袭，他们的炮兵在不断狂轰滥炸。
敌人越来越疯狂地攻击塞瓦斯托波尔，把越来越多的兵力调往战区。德寇由于未能突破北湾，便把主突方向转向雅尔达公路—侧。但在这里也没有奏效。他们只是在个别地段上以惨重损失换取了某些进展。
克里木保卫者的境况日益困难。敌人加强了对塞瓦斯托波尔的海上封锁。所以，黑海舰队的舰艇虽然不断冲破封锁，冲向城市，但是，不可能补偿部队的损失和保障城市保卫者维持战斗所必需的一切物品。弹药越来越短缺，步兵几乎得不到炮兵的支援。在德国飞机空袭时，苏联高射炮因没有炮弹，只能束手无策。幸存的少量苏联飞机，不得不从塞瓦斯托波尔地区，转场到高加索机场。6月18日，敌人突破了北湾。十天后，即6月28日，敌人进入英喀尔曼修道院地区，把苏军逼退到英喀尔曼车站和英喀尔曼公路附近。后两天，敌人在战线的其他地段，也加强了进攻。
战斗达到了最激烈的程度。苏联军人们，在没有炮火支援和空军掩护的情况下，继续英勇奋战。但敌众我寡，6月29日晚，德军强度北湾。并固守在南岸。清晨，敌人从费火希内耶高地和诺维耶舒来展开进攻，在萨彭山地区突破防御，于6月30日，直扑塞瓦斯托被尔。滨海集团军各师剩下的人数，平均只有300—400人，而各旅平均只有100—200人。苏德战场的整个战略形势，不允许苏军从根本上稳住克里木的局势。
军队仍在继续执行最高统帅部命令，坚守塞瓦斯托波尔。同时也开始后撤。后撤是在极端困难条件下进行的。滨海集团军的一些部队撤到了赫尔松内斯角地区，他们是在敌人强大炮火下，登上里海舰队的舰艇、潜水艇和飞机的。但德国空军完全掌握了制空权，就是在潜水艇上的部队也是无法撤退走。一直到最后时刻在阵地上还留有部分军人。他们夜间突进山里，与游击队会合。
勇敢的塞瓦斯托被尔防御战持续了250天。敌人经过8个月的包围和强攻，在付出巨大代价后，占领了塞瓦托波尔，确切点说，占领了一片城市的废墟。仅在最后75天的攻击中，敌人在塞瓦斯托波尔城郊损失官兵达15万人，坦克280多辆，约250大炮和300余架飞机。塞瓦斯托波尔的保卫者粉碎了敌人占领里海要塞的一切企图。市区与第一道防御线相距16公里，敌人用了整整250天，才越过了这段距离。德军一昼夜的平均前进速度（包括战斗间隙）不足60米。
经过仔细考虑和严密组织的塞瓦斯托波尔防御，加上部队高昂的政治热情，及其忠于自己义务和举世无双的大无畏精神，在英勇的滨海集团军和里海舰队所进行的顽强的抵抗当中，起到了决定性作用。他们的顽强抵抗，牵制了敌人很大的兵力。塞瓦斯托波尔失陷后，敌人完全控制了克里木。第11集团军大伤元气，需要一段时间进行兵力补充和休整。争夺塞瓦斯托波尔的战斗，使法西斯统帅部在1942年春天和仲夏前，未能在东线其他地段上用得上第11集团军（德国武装力量中战斗力最强的集团军之一）。
苏德战场其他地段的形势也复杂化了。从1942年5月3日到20日，西北方面军各部队攻击了敌杰米扬斯克集团。尽管战斗相当激烈，但未能完成任务。列宁格勒方面军沃尔霍夫集团试图在沃尔霍夫河西岸扩大登陆场的战斗，也出师不利。
越来越明显的是，敌人已经恢复了元气，并拼命要夺取丢掉的战略主动权。敌人的武装力量不仅在反击着苏军的突击，而且还展开了积极的进攻行动。苏德战场南冀的部队，处境更加恶化。在这里，德国统帅部集结了大量预备队。5、6月，敌人又往这里补充了许多师，其中有的师是从法国调来的。
斗争的进程，出现了越来越不利于红军的因素。差不多与从克里木退却的同时，对苏军在哈尔科夫地区展开的战役也是不成功的。
西南方向军事委员会（司令员是苏联元帅Ｃ·Ｋ·铁木辛哥，军事委员会委员是Ｈ·Ｃ·赫鲁晓夫，参谋长Ｎ·Ｘ·巴格拉米扬中将）于1942年3月下旬，向大本营提出建议，要在布良斯克、西南和南方面军的参加下，进行大规模的进攻战役。任务是：突入戈麦尔、基辅、切尔卡塞、彼尔沃迈斯克、尼古拉耶夫地区，歼灭当面敌军集团。大本营没有采纳这项建议，因为当时没有预备队实施这么大规范的进攻行动。于是西南方向总指挥部制定了依靠本身力量，在较窄的地段实施进攻的方案。大本营批准了这次战役