Вскоре после взятия Керчи вражеские войска развернули свой последний — третий — штурм Севастополя, который начался 7 июня 1942 года. Враг методично бомбил и обстреливал город из самых тяжёлых орудий. Концентрация вражеской артиллерии при штурме Севастополя была наибольшей за всю войну.
Немцы посылали на город снаряды тяжёлых гаубиц калибра 210, 300, 350 и 420 мм. Корабли советской военно‑морской базы, укрепления, воинов на фронте и мирных жителей на улицах Севастополя уничтожали самоходные мортиры «Карл» (калибр 600 мм) и сверхтяжёлое орудие «Дора» (800 мм).
Быстро прорваться к городу врагу не удалось, наши войска героически сражались у Сапун‑горы, бронебашенной батареи № 30, у подножия Мекензиевых высот. Но силы защитников таяли. Подвоз подкреплений становился всё более опасным, многие корабли были потоплены немецкой авиацией и подлодками. 30 июня немцы захватили Малахов курган. Пока держалась знаменитая 35‑я батарея, где был сосредоточен ещё оставшийся в живых командный состав СОР и артиллеристы.
В конце концов проход морем к Севастополю стал возможен только на подводных лодках и воздухом. Эвакуация стала неизбежной. Однако эвакуировать все войска не представлялось возможным. Морем на подводной лодке был эвакуирован генерал И. Е. Петров, а на самолёте улетел вице‑адмирал Ф. С. Октябрьский. С ними покинули Севастополь несколько сотен командиров Красной Армии. Оставшиеся бойцы СОР сражались до последнего снаряда и патрона.
Подвигом защитников военно‑морской базы Черноморского флота и советских моряков стало спасение музейной панорамы «Оборона Севастополя» Ф. Рубо, посвящённой защите города в 1854–1855 годах. Живописную панораму вначале спасли из огня пожара после бомбёжки, а затем переправили в Новороссийск на последнем корабле, прорвавшемся в Севастополь, — лидере «Ташкент» под командованием В. Н. Ерошенко.
Защитники 35‑й батареи под командованием А. Я. Лещенко дали по врагу последний залп, а затем взорвали свои мощные орудия.
Бои в районе Севастополя — на мысе Херсонес — продолжались ещё некоторое время, пока у советских бойцов не кончились все боеприпасы. Тысячи наших солдат и моряков пытались уйти морем на небольших судах. Враг топил их и расстреливал оставшихся в живых. Десятки тысяч советских воинов оказались в плену, часто уже тяжелоранеными.