Севастопольский гарнизон до прибытия Приморской армии состоял из двух бригад (одна неполная) и двух полков морской пехоты, местного стрелкового полка, нескольких отдельных стрелковых батальонов, запасного артиллерийского полка, нескольких отдельных батарей и частей ПВО. Общая численность гарнизона составляла 20 660 человек. На вооружении гарнизона, кроме винтовок и пулеметов, было 72 миномета. Гарнизоны дотов и дзотов имели на вооружении 100-мм пушек — 8, 76-мм — 14, 75-мм — 15, 45-мм — 25 и пулеметы.
На войска Севастопольского гарнизона легла тяжелая и ответственная задача — не пропустить врага к Севастополю и обеспечить развертывание для обороны отходившей через Ялту Приморской армии. В связи с приближением противника части Севастопольского гарнизона 3 и 4 ноября заняли передовой рубеж обороны.
4 ноября приказом командующего войсками Крыма был организован Севастопольский оборонительный район в составе Приморской армии, береговой обороны, главной морской базы Черноморского флота (Севастопольский гарнизон) и всех морских и сухопутных частей, а также частей ВВС Черноморского флота, находившихся в районе Севастополя. Командующим Севастопольским оборонительным районом был назначен командующий Приморской армией генерал-майор Петров И. Е. с непосредственным подчинением его Военному совету войск Крыма (19 ноября директивой Ставки Верховного главнокомандования № 004973 должность командующего войсками Крыма была упразднена, а командование Севастопольским оборонительным районом возложено на командующего Черноморским флотом вице-адмирала Октябрьского Ф. С. с непосредственным подчинением его Ставке Верховного Главнокомандования. Заместителем его по сухопутной обороне назначался командующий Приморской армией).
Для обеспечения боевых действий войск Севастопольского оборонительного района из состава авиации Черноморского флота была выделена 3-я особая авиационная группа в составе около 100 самолетов. Авиация Севастопольского оборонительного района базировалась на аэродромы Херсонесского мыса, а также в районах Юхарина балка и хутор Отрадный. Основные же военно-воздушные силы Черноморского флота находились на кавказских аэродромах и частично привлекались для выполнения боевых задач в районе Севастополя.
Немецко-фашистские войска стремились захватить Севастополь прежде, чем туда подойдет Приморская армия. 54-му армейскому корпусу было приказано нанести удар по кратчайшему пути, вдоль шоссе Симферополь — Севастополь, и быстро прорваться к городу.
3 ноября подразделения боевого охранения севастопольского гарнизона завязали бои с передовыми частями 54-го немецкого корпуса, выдвигавшимися со стороны Симферополя.
5 ноября подошли главные силы корпуса противника и развернулись ожесточенные бои на центральном участке передовой оборонительной полосы — главным образом на Чсркез-Керменском опорном пункте. 7 ноября, в день 24-й годовщины Великой Октябрьской социалистической революции, в Севастополе была получена телеграмма Верховного Главнокомандования с приказом: «Севастополя не сдавать ни в коем случае». Четыре дня защитники Севастополя, героически сражаясь, успешно отражали непрерывные атаки немецких войск, поддержанных крупными силами авиации. Несмотря на более чем трехкратное превосходство в силах, врагу не удалось продвинуться. Противник был вынужден 9 ноября прекратить наступление и сделать паузу для подтягивания новых сил и перегруппировки войск.
Таким образом, в результате стойкой обороны войск севастопольского гарнизона немецко-фашистским войскам не удалось овладеть Севастополем с ходу.
Войска Приморской армии, ведя напряженные бои с противником, стремившимся перехватить дорогу Ялта — Севастополь, к 9 ноября вышли в район Севастополя и развернулись для обороны на его подступах. Подошедшая Приморская армия в это время состояла из 25, 95, 172 и 421-й стрелковых дивизий, 2, 40 и 42-й кавалерийских дивизий, отдельного танкового батальона, 265-го корпусного артиллерийского полка и некоторых других подразделений.
После боевых действий в северной части Крыма соединения и части Приморской армии имели значительный некомплект в личном составе, вооружении и средствах тяги. Так, например, 2-я кавалерийская дивизия подошла к Севастополю в составе лишь 320 человек и без артиллерии.
421-я стрелковая, 2-я и 42-я кавалерийские дивизии ввиду малочисленности личного состава сразу же были расформированы.
Всего в составе армии на 10 ноября с частями боевого обеспечения и тылами насчитывалось 31 500 человек, 78 орудий (76-мм и более), 30 противотанковых 45-мм орудий, 8 37-мм зенитных орудий, 114 минометов (калибра 82 и 120 мм) и 10 танков.
К 11 ноября весь Севастопольский оборонительный район был разделен на четыре сектора. В каждом секторе из состава оборонявших его войск создавался резерв; кроме того, создавались общий и артиллерийский резервы оборонительного района. На участке железной дороги Севастополь — Балаклава действовал один бронепоезд.
