Ранним утром 8 мая после часовой артподготовки и массированного авиационного удара немцы, создавая видимость наступления по всему фронту, силами трех пехотных дивизий на участке шириной 6 километров нанесли главный удар в полосе 63-й горнострелковой дивизии 44-й армии. К концу дня войска противника на направлении главного удара вклинились в советскую оборону на глубину до 10 километров. Одновременно небольшой их шлюпочный десант был высажен в тылу советских войск, в 15 километрах северо-восточнее Феодосии. Кроме того, уже в первый день наступления в результате массированных ударов авиации (до 900 самолето-вылетов в сутки) по заранее разведанным командным пунктам и узлам связи враг вывел из строя почти всю систему управления объединений и соединений. В результате этого запланированный штабом 44-й армии контрудар по прорвавшемуся противнику не состоялся.
На второй день враг продолжал развивать успех вводом в сражение 22-й танковой дивизии. 10 мая эта дивизия вышла к Турецкому валу и частью сил повернула на север, стремясь выйти в тыл войскам Крымского фронта. Создалась угроза нового крупного окружения.
С целью избежать окружения И.В. Сталин приказал генералу Д.Т. Козлову в ночь на 10 мая отвести войска фронта за Турецкий вал, где организовать оборону. Однако в армии этот приказ поступил только поздно вечером. Поэтому отдельные соединения и части так и не смогли вырваться из кольца и оказались в окружении в районе Ак-Моная, откуда пробиться на восток им уже не удалось.
В полночь 11 мая И.В. Сталин телеграммой приказал главкому Северо-Кавказского направления маршалу С.М. Буденному немедленно выехать в Керчь, где тогда находился штаб фронта, и организовать устойчивую оборону на линии Турецкого вала. При этом Верховный поручил А.М. Василевскому передать от его имени приказ лично командующему фронтом: Керчь не сдавать, а «организовать оборону по типу Севастополя. Перебросить к войскам, ведущим бой на западе, группу мужественных командиров с рациями с задачей взять войска в руки, организовать ударную группу, с тем, чтобы ликвидировать прорвавшегося противника и восстановить оборону по одному из керченских обводов. Если обстановка позволяет, необходимо там быть Вам лично… Командуете фронтом Вы, а не Мехлис. Мехлис должен Вам помочь. Если не поможет, сообщите…»[30].
Но данная мера также запоздала. Утром 13 мая тыловая позиция была прорвана, а на следующий день немецкие войска вышли к окраинам Керчи. Началась спешная эвакуация города и оставшихся войск через пролив на Тамань, проходившая под постоянными ударами немецкой авиации.
Сама Керчь пала 15 мая, остатки советских войск отступили на полуостров восточнее города и 18 мая прекратили сопротивление. Эвакуация остатков войск с полуострова продолжался до 20 мая. Не успевшие эвакуироваться части численностью около пятнадцати тысяч человек ушли в Аджимушкайские каменоломни.
Когда сражение в Керчи затихло, Сталин потребовал точные данные о потерях. Сводку о них представили лишь через полторы недели. В ней значилось, что за 12 дней немецкого наступления Крымский фронт, обладая значительным превосходством в силах и средствах, потерял 176 566 человек, 347 танков, 3476 орудий и минометов, 400 самолетов. Немцы же утверждали, что только в плен взяли около 170 тысяч человек, а в качестве трофеев захватили 258 единиц бронетехники, около 110 орудий, а также другое вооружение и военное имущество. Свои потери они оценили в убитыми в 7588 человек[31].
Сталин, ознакомившись со сводкой потерь, приказал Василевскому срочно подготовить директиву Ставки военным советам фронтов и армий, которая бы обобщила все недостатки майской трагедии в Крыму. 4 июня проект этой директивы был готов и доложен Верховному. В этом секретном документе был дан весьма своеобразный анализ причин поражения Крымского фронта. Его командование было обвинено в «полном непонимании природы современной войны», «в бюрократическом и бумажном» методе руководства войсками, личной недисциплинированности Д.Т. Козлова и Л.З. Мехлиса, которые «не обеспечили своевременного отвода войск за Турецкий вал»[32].
В результате И.В. Сталин своим приказом сместил и понизил в должности и в звании командующего фронтом, члена Военного совета Ф.А. Шаманина, командующих 44-й и 47-й армиями С.И. Черняка и К.С. Колганова, командующего ВВС фронта Б.М. Николаенко. Снятый с должности начальник штаба фронта генерал П.П. Вечный был направлен в распоряжение Генерального штаба для назначения на менее ответственную работу. Он был единственным, кто не был понижен в воинском звании за поражение Крымского фронта.