Czerwonoarmiści walczyli zaciekle o każdy bunkier, okop, a nawet pojedynczy dołek strzelecki, przeprowadzając równocześnie częste kontrataki.
Pierwszego dnia szturmu, na północnym odcinku frontu niemieckie oddziały przeszły dolinę rzeki Bełbek i zdobyły dominujące nad nią wzgórza. Przez dolinę i jar Kamyszły saperzy natychmiast wykonali przejścia w polach minowych, dzięki czemu do walki mogły wejść niemieckie działa szturmowe. Wieczorem 9 czerwca żołnierze niemieckiej elitarnej 22. Dywizji Piechoty zdobyli stację kolejową Mekenzijewy Gory, która w ciągu kilku następnych dni wielokrotnie przechodziła z rąk do rąk. Generał Pietrow był zmuszony przerzucić na północ rezerwową 345. Dywizję Piechoty. Gorzej wypadły natomiast działania rumuńskiego Korpusu Górskiego i niemieckiego XXX Korpusu Armijnego, które w pierwszych dniach walk nie zdołały wysunąć się zbyt daleko poza pozycje wyjściowe.
Mimo wielu trudności radziecka Flota Czarnomorska starała się regularnie dostarczać do twierdzy posiłki i zaopatrzenie. Między 12 a 17 czerwca do miasta dotarło 6700 ludzi, 900 ton amunicji i 200 ton żywności. Przypłacono to jednak utratą kilku jednostek.
Między 9 a 13 czerwca piechurzy 22. Dywizji zaciekle szturmowali silnie broniony „fort Stalin”, który stanowił jedną z kluczowych pozycji sowieckiej obrony na północnym odcinku. W dzienniku dywizji zapisano później, że: „to był, sądzimy, najbardziej zaciekle walczący nieprzyjaciel, z jakim kiedykolwiek mieliśmy do czynienia”. I rzeczywiście – gdy „Stalin” wreszcie padł, z jego ruin wyszło do niewoli zaledwie czterech czerwonoarmistów.
Ten sukces umożliwił Niemcom rozpoczęcie decydującego szturmu na odcinku północnym. 17 czerwca oddziały LIV. Korpusu zdobyły silnie umocnione sowieckie forty „Czeka”, „GPU”, „Mołotow”, „Syberia”, „Ural” i „Wołga”. Okrążono potężną baterię „Maksym Gorki I.”, której wieże strzaskała już niemiecka ciężka artyleria. Również na południowym odcinku Niemcy zanotowali wreszcie poważniejszy sukces. Przebijając się przez silnie umocnione wzgórza i jary, piechurzy niemieckiej 72. Dywizji zdobyli 17 czerwca zaciekle bronione punkty oporu znane jako „Nos Północy”, „Kapelowa Góra” i „Pagórek Ruin”. Tego samego dnia sąsiednia 170. Dywizja opanowała wieś Kamary, a Rumuni z 4. Dywizji Górskiej po wielokrotnych szturmach zajęli punkt oporu „Głowa Cukru”. Jedynie uderzająca wzdłuż wybrzeża na Bałakławę 28. Dywizja Lekka została niemal całkowicie zastopowana przez sowiecki opór.
Losy bitwy wciąż jednak nie przybliżyły się do rozstrzygnięcia. Niemieckie oddziały były już bowiem wykrwawione, a sowiecka obrona, choć w wielu miejscach nadwyrężona, wciąż bardzo silna. Bawarska 132. Dywizja Piechoty poniosła tak duże straty, że musiała wręcz zostać chwilowo wycofana z linii frontu. W tej sytuacji Manstein postanowił przegrupować swoje siły i przesunąć główny punkt natarcia w miejsca, w których niemieckie oddziały zdołały jak dotąd najgłębiej wedrzeć się w sowieckie linie – w pasie działania 22. Dywizji Piechoty na północy i 72. Dywizji Piechoty na południu. Przerzucono tam w ramach wzmocnienia pułki 24. Dywizji Piechoty (północ) i 170. Dywizji Piechoty (południe), przesunięte z innych odcinków frontu, gdzie z kolei zastąpili je Rumuni. W zastępstwie wykrwawionej 132. Dywizji Manstein ściągnął jeszcze w dodatku 46. Dywizję Piechoty z Kercza.
To posunięcie okazało się strzałem w dziesiątkę. 18 czerwca oddział rozpoznawczy z 72. Dywizji zdołał zaskakującym wypadem zdobyć punkt oporu „Skalne gniazdo”, dzięki czemu Niemcy uzyskali pierwsze włamanie w sowieckich umocnieniach na wzgórzach sapuńskich, które stanowiły kluczową linię obrony Sewastopola. O wiele bardziej doniosły był jednak sukces odniesiony tego dnia na północy. Pułki LIV Korpusu zdobyły tam silnie umocnione sowieckie punkty oporu „Lenin” i „fort Północny”, docierając w ten sposób do wybrzeży Zatoki Północnej i Inkermanu. Pierwszy cel szturmu był osiągnięty – do portu w Sewastopolu nie mógł już wpłynąć żaden okręt. 21 czerwca niemalże do Zatoki Północnej (a dokładniej do wzgórz pod Gajtanem) przebili się też Rumuni z Korpusu Górskiego generała Lascara.
Przez następnych kilka dni niemieckie dywizje oczyszczały wybrzeża Zatoki Północnej z sowieckich punktów oporu. Nie było to jednak łatwe zadanie – opór stawiany przez skazane na zagładę sowieckie załogi był niezwykle silny. Szczególnie zaciekłe walki rozgorzały o otoczoną od kilku dni baterię „Maksym Gorki I”. Była to prawdziwa forteca, z trzykondygnacyjnymi podziemiami (Niemcy mówili wręcz o „podziemnym mieście”), posiadająca własną centralę, siłownię, szpital, kantynę, magazyny i blisko tysięczną załogę. Mimo zniszczenia obu wież artyleryjskich obrońcy nie rezygnowali z walki, strzelając z każdej szczeliny w ruinach i dokonując zaskakujących wypadów przez tajne wyjścia i rury kanalizacyjne. Nawet opanowawszy wreszcie resztki wież, Niemcy musieli zdobywać wszystkie trzy podziemne kondygnacje baterii, tocząc zaciekłą walkę o każdy korytarz i każde pomieszczenie. W użyciu były granaty, miotacze ognia i specjalne ładunki wybuchowe. Wreszcie, gdy Niemcy byli już o krok, załoga centrali sama wysadziła się w powietrze. 24 czerwca „Maksym Gorki I” wreszcie zamilkł. Z blisko tysięcznej załogi tylko 40 rannych dostało się do niewoli.
Równie dramatyczny przebieg miała walka o magazyny Arsenału Floty Czarnomorskiej, które mieściły się w podziemnych sztolniach u wybrzeży Zatoki Północnej. Gdy niemieccy pionierzy wdarli się wreszcie do chronionych pancernymi bramami sztolni, obrońcy wysadzili się. Zwały skał pogrzebały 12 niemieckich pionierów, jak również setki sowieckich żołnierzy, marynarzy i cywilów, którzy chronili się w Arsenale.
