1941年10月31日，德軍集中第11集團軍，包括羅馬尼亞部隊，共11個師，對塞瓦斯托波爾要塞發起進攻。為了拿下這座要塞，德國人還配備了280毫米口徑的巨炮。
要塞守軍為2萬人，火炮150門，有黑海艦隊的艦炮火力進行支援。但是蘇軍犯下了一個嚴重的戰略失誤，黑海艦隊為了躲避德軍的空襲，竟然大部分從要塞周圍撤離了。只留下幾艘艦船支援要塞守軍。
攻克要塞，希特勒也是想切斷從要塞附近起飛的蘇軍飛機對羅馬尼亞的轟炸，要把羅馬尼亞這個兄弟緊緊地捆在希特勒的戰車上。而且拿下克里米亞也是增進和土耳其之間的友好，德國也希望土耳其加入他的陣營對蘇作戰。
在要塞北邊，蘇軍總共部署了12個堅固的防禦碉堡。特別是高爾基1號碉堡，擁有蘇軍強大的300毫米重炮。高爾基1號碉堡有厚達300毫米的鋼板覆蓋，碉堡底下也有3層永久性的防禦工事。可以說，整個要塞是固若金湯。隨著要塞防禦的加強，蘇軍的兵力增加到10萬人，由海軍陸戰隊、水兵，甚至還有內衛警察參加防禦。
12月17日，要塞攻堅戰正式打響。德軍第11集團軍發起進攻，由於蘇軍登陸刻赤半島，德軍害怕腹背受敵，在進攻高爾基1號碉堡和斯大林碉堡以後，德軍被迫撤退。1942年5月8日，德軍集中兵力，再次發起反擊。5月16日，德軍攻克刻赤半島。蘇軍17萬人被俘。
德軍的第54軍從北邊展開進攻，第30軍從南邊發起進攻。天上還有德空軍第8飛行隊支援。
北邊的高爾基1號碉堡成為了德軍的進攻重點，300毫米的巨炮成為了對德軍的巨大威脅。為了完成對高爾基1號碉堡的佔領，德軍調來400毫米口徑的卡爾巨炮。6月17日，德軍以1300門大炮猛攻高爾基1號炮臺，400毫米巨炮發射的炮彈直接命中了蘇軍的陣地。炮彈採用延遲引信爆炸，剛開始蘇軍的巨炮還進行還擊。但是在德軍的猛烈炮擊之下，蘇軍的還擊停止了。德軍佔領了11個碉堡。但是高爾基1號碉堡的蘇軍依然在進行抵抗，1000多名蘇軍戰士懷著對侵略者的仇恨寧死不投降，德軍用88毫米高炮對蘇軍工事射擊，最後不得不用工兵鏟和蘇軍展開肉搏。蘇軍最後全部戰死。第54軍的3個師配合南部作戰的德軍72師進攻蘇聯山脈陣地。在6月30日拿下蘇聯山脈陣地。要塞內的蘇軍被德軍分割了。
6月11日，第30軍3個師發起進攻，72師進攻上坡高地，170師攻打禿鷲高地，28師佔領紅色1、2、3高地後北上折返，和72師、170師會師。逼近蘇聯山脈陣地，和德軍54軍會師。
6月30日，德軍集中大炮和飛機，對要塞展開總攻。德軍飛機投下了120000枚燃燒彈，德軍大炮發射了40000發炮彈，整個市區被大火點燃，但是塞瓦斯托波爾由於城區的工事堅固，市民在地下通道里照樣開展娛樂活動。7月2日，德軍170步兵師攻打高爾基2號炮臺，72步兵師攻打英國軍人墓，蘇軍被徹底的割裂開，大批蘇軍戰士抱著手榴彈和敵人同歸於盡。波羅的海艦隊的一個水兵被德軍包圍了，德國人高喊：“投降吧，俄羅斯人。”這個水兵說：“俄羅斯人是不會投降的。”說完拿起手榴彈跳向敵人，和敵人同歸於盡了。這個水兵在陣地上孤身抵抗一天一夜，他的戰友都犧牲了。
7月3日，市區一半的地方被德軍佔領了。黑海艦隊派來的軍艦救出了在克里米亞半島上被德軍包圍的殘存蘇軍，包括城防司令克斯羅夫中將。而城區的蘇軍為了保護平民的擴大傷亡，全都放棄了抵抗。
這座城市淪陷了，從此，這座曾今輝煌的塞瓦斯托波爾要塞成為了德軍進一步進攻高加索的前進基地。德軍付出了戰死3萬人的巨大代價。曼施坦因因為此戰，被晉升為陸軍元帥。縱觀此戰，蘇軍有以下幾個地方值得我們來學習。第一，蘇軍在要塞上構築了永久的防禦工事，包括高爾基1號、高爾基2號炮臺，依託永久碉堡進行持久防禦。第二，以外圍防禦為重點，建立縱深的防禦體系。蘇軍在最外側每公里設置4個防禦點，最後在內部每公里設置17個防禦點。縱深的防禦增加，使得要塞堅守250多天。第三，積極堅守，不斷加強守衛。每個房屋和陣地與敵人反覆衝殺，戰鬥精神值得肯定。第四，軍兵種協同作戰，海軍軍艦和陸軍部隊協同作戰，封鎖要塞周圍海域，遲滯德軍的進攻。
塞瓦斯托波爾要塞保衛戰，蘇聯紅軍的大無畏的戰鬥精神永遠值得尊敬！在塞瓦斯托波爾要塞保衛戰當中為國捐軀的蘇聯紅軍烈士永垂不朽！
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