发起进攻
1944年4月8日，乌克兰第4方面军转入进攻，第51集团军从锡瓦什湖南岸登陆场实施主要突击。冲击前，进行了两个半小时的炮火准备和航空火力准备。经激烈战斗，这一方向上的德军防御被突破，第51集团军前出到德军彼列科普集团的翼侧，近卫第2集团军解放了阿尔米扬斯克。
1944年4月11日晨，坦克第19军进入突破口，当日攻克德军防御中的大支撑点和重要铁路枢纽占科伊，并开始向辛菲罗波尔发展进攻。第51集团军的顺利进攻，迫使德军将主力由克里木北部向南和从刻赤半岛东部向西后退。而1944年4月10日夜间，独立滨海集团军转入进攻，11日晨解放刻赤。
1944年4月12日，开始在克里木全境追击向塞瓦斯托波尔退却的德军。空军第8、第4集团军的航空兵对退却的德军、德军运输工具和公路、铁路枢纽实施密集突击。黑海舰队航空兵和舰艇积极行动，对德军舰艇和运输船实施突击。克里木的游击队和地下工作者进行了英勇战斗。他们突袭德军，防止德军破坏疗养地、工业和公用建筑物、历史文物、桥梁和住宅。
突击攻城
1944年4月15—16日，苏联红军进抵塞瓦斯托波尔，开始准备攻城。决定以第51集团军左翼和1944年4月18日编入乌克兰第4方面军的滨海集团军实施主要突击。近卫第2集团军实施辅助突击，以牵制主要突击方向上的德军兵力。在攻城准备时节，所有部队都建立了强击群。优秀军人和党团员受领了光荣的任务——把红旗插上塞瓦斯托波尔各制高点和市内行政机关大楼。在强攻塞瓦斯托波尔开始前6昼夜内，远程航空兵和空军第8集团军进行了预先航空火力准备。
突破防御
1944年5月5日，近卫第2集团军转入进攻。德军以为这里实施的是主要突击，便向此地段增调军队。
1944年5月7日，苏联红军在主要方向上经一个半小时的炮火准备和航空火力准备之后转入进攻。突破德军防御。方面军从北、东和东南三面实施协调一致的突击，粉碎了德军，并于1944年5月9日解放全市。被击溃的第17集团军残部向赫尔松涅斯角退却。为了追击德军，坦克第19军进入交战。苏联红军向屏护赫尔松涅斯角的德军最后防御地区疾进。
战役结果
1944年5月12日，苏联红军粉碎了克里木陆上德军，在赫尔松涅斯角俘德军2.1万人，缴获大量技术装备和武器。
此战，德军第17集团军被彻底击溃，仅在陆上就损失10万人，其中被俘61587人，德军技术兵器几乎全部被苏联红军缴获。此外，黑海舰队航空兵和舰艇击沉了大量载有德军和军用物资的船只。
据第17集团军司令部的不完全统计，仅从1944年5月3—13日，即有4.2万名官兵在海中溺毙。
兵力对比
苏军
参战兵力为乌克兰第4方面军(独立滨海集团军4月18日起编入乌克兰第4方面军)和黑海舰队，共47万人，火炮和迫击炮5982门，坦克和自行火炮559辆，支援作战的飞机1250架，由黑海舰队和亚速海区舰队分别从海上进行支援。
德军
参战兵力为第17集团军所辖5个德国师、7个罗马尼亚师，共19.5万人，火炮和迫击炮约3600门，坦克和强击火炮215辆，由驻克里木的148架飞机和从罗马尼亚机场起飞的航空兵进行支援。
战争影响
德军在1941—1942年用250天才攻占了苏联红军奋勇守卫的塞瓦斯托波尔(参见塞瓦斯托波尔战役)，而到1944年，苏联红军仅在5天内就解放了该城，总共不过35天就摧毁了德军在克里木的坚固工事，粉碎了近20万人的德军集团。
苏联红军解放克里木后，使这一重要经济区重回祖国怀抱。黑海舰队收复了自己的主要基地塞瓦斯托波尔。进攻巴尔干和解放东南欧人民的条件变得更加有利了。克里木战役的特点是，陆军、舰队和大量航空兵之间有组织良好的协同动作，这在很大程度上决定了德军集团被彻底击溃的结局。苏联红军空军出动飞机3.6万余架次，其中60%是支援军队作战。苏联红军许多部队和兵团被授予“叶夫帕托里亚”、“刻赤”、“彼列科普”、“塞瓦斯托波尔”、“锡瓦什”、“辛菲罗波尔”、“费奥多西亚”、“雅尔塔”等荣誉称号。126名指战员被授予苏联英雄称号。数千名战斗参加者被授予勋章和奖章。