На Черноморский флот возлагалась задача блокировать Крым, наносить удары по коммуникациям противника, содействовать войскам на приморских флангах. 1-я бригада торпедных катеров из Анапы и 2-я бригада из Скадовска должны были уничтожать неприятельские суда на ближних подступах к Севастополю и непосредственно в портах; бригада подводных лодок — на дальних подступах и авиация — на всем протяжении коммуникаций противника. Всего для этих целей выделялось 12 подводных лодок, причем предписывалось постоянно иметь на подходах к неприятельским портам не менее 7, 31 торпедный катер и 430 из 650 самолетов морской авиации.

В ходе планирования возникла было идея одновременно с наступлением Отдельной Приморской армии высадить оперативные морские десанты силою до четырех дивизий и двух отдельных батальонов морской пехоты на северный и южный берег Керченского полуострова. Но по зрелом размышлении, изучив обстановку на театре и состояние флота, Еременко от этой затеи отказался: «Анализ опыта высадки десантов в Феодосии и Керчи в 1941 и 1942 гг. подсказывал, что успех операции требовал наличия сильного, быстроходного военно-морского флота, надежного воздушного прикрытия и внезапности действий. Всего этого мы не имели». Поэтому Азовская флотилия получила задачу обеспечивать перевозки через Керченский пролив.

Координацию действий всех привлекаемых к операции сил осуществлял представитель Ставки маршал Василевский. Представителем Ставки в Отдельной Приморской армии оставался маршал Ворошилов.

Подготовка происходила в исключительно сложных условиях. В распутицу при бездорожье в район предстоящих боевых действий перебрасывалась 2-я гвардейская армия, сосредоточивались крупные силы артиллерии и бронетанковых войск. Через Сиваш на плацдарм соединения и части переправлялись по двум построенным саперами двухкилометровым дамбам и мостам, поддержать которые в работоспособном состоянии удавалось лишь благодаря поистине титаническим усилиям: «Переправы были одной из главных целей авиации и даже артиллерии противника… Автотранспорта не хватало, чтобы подвезти грунт для подсыпки дамбы. Приходилось издалека подвозить пиломатериалы. Трудности усугублялись тем, что дорог с твердым покрытием в районе не было. Глинистая почва, насыщенная солью, размокла. Грязь засасывала любой транспорт… Обстоятельства вынудили создать не предусмотренную никакими штатами и долгосрочными прогнозами «службу проталкивания машин». Задача этой доморощенной организации состояла в том, чтобы вызволять из грязевого плена транспортные средства. Приказом по корпусу для этих целей выделялись от частей дежурные тракторы и люди. В особо ненастные дни количество бойцов «службы проталкивания» доходило до тысячи человек. Только так удавалось подвозить землю, бревна и доски к переправам, доставлять продовольствие и горючее, боеприпасы войскам, эвакуировать с плацдарма раненых и заболевших. Бойцы работали, покрытые с головы до пят соленой грязью. Сменившись с дежурства, они подчас не могли ни помыться, ни обсушиться». Исключительно сложной являлась переброска на плацдарм с соблюдением тщательных мер скрытности и маскировки танкового корпуса генерал-лейтенанта И.Д. Васильева, осуществленная с 13 по 25 марта.

К началу операции в составе советских войск насчитывалось 30 стрелковых дивизий, танковый корпус, 2 укрепленных района, 2 стрелковые, 3 танковые бригады, 4 отдельных танковых полка — 470 000 человек, 5982 орудия и миномета, 559 танков и САУ. Плотность артиллерии на участках прорыва была доведена до 150–160, а на Перекопе — до 200 стволов на километр.

В 4-й и 8-й воздушных армиях, поддерживавших сухопутные войска, имелось 1250 самолетов.

Блокированная в Крыму 17-я немецкая армия, которой командовал генерал-полковник Эрвин Енеке, имела приказ удерживать Крым во что бы то ни стало, хотя с выходом советских войск к Карпатам политические мотивы Гитлера утратили всякое значение. В феврале-марте армия получила две пехотные дивизии, переброшенные морем и по воздуху, и к началу апреля 1944 года имела в своем составе пять немецких, семь румынских дивизий, две бригады штурмовых орудий, большое количество артиллерийских, инженерных, строительных, охранных и полицейских частей. Армия насчитывала в своем составе 195 000 человек, 3600 орудий и минометов, 215 танков и штурмовых орудий. Ее поддерживали 148 самолетов 1-го авиационного корпуса генерала Дихмана, базировавшихся в Крыму, и авиация с аэродромов в Румынии.

Основные силы — 49-й горнострелковый корпус генерала Конрада (50, 111 и 336-я пехотные дивизии, 279-я бригада штурмовых орудий), 3-й румынский кавалерийский корпус (9-я кавалерийская, 10-я и 19-я пехотные дивизии) — оборонялись в северной части Крыма. Штабы корпусов находились в Джанкое.

На Керченском полуострове действовал 5-й армейский корпус генерата Альмендингера (73-я и 98-я пехотные дивизии и 191-я бригада штурмовых орудий), 6-я кавалерийская и 3-я горнострелковая дивизия румын.

Южное побережье Крыма от Феодосии до Севастополя прикрывал 1-й румынский горнострелковый корпус (1-я и 2-я горнострелковые дивизии), западное — от Севастополя до Перекопа — два полка 9-й румынской кавалерийской дивизии.

Штабы 17-й армии и 1-го горнострелкового корпуса румын находились в Симферополе.

На Перекопском перешейке на глубину до 35 км были оборудованы три полосы обороны: Турецкий вал, Ишуньские позиции и рубеж по реке Чатырлык. Хотя основу немецкой обороны составляли советские позиции, оборудованные в 1941 году, никакой информацией о них наше командование не обладало. Ее приходилось добывать по крупицам всеми видами разведки. Как вспоминает начальник артиллерии 2-й гвардейской армии генерал И.С. Стрельбицкий: «Артиллерийским огнем вскрыта маскировка 12 дотов. Эти доты отчетливо видны. Однако амбразуры не просматриваются, так как построены с расчетом на фланговый огонь. Как много потрачено усилий и средств только на обнаружение этих дотов! А ведь мы бы могли иметь исчерпывающие данные о всех укреплениях, так как 8 дотов построены нашими войсками в 1941 году. Гитлеровцы захватили их, исправили, вооружили своими пулеметами и теперь подготовили для борьбы с нами. Казалось, должны где-то сохраниться чертежи их, координаты точек стояния с описанием секторов огня. Однако, к большому сожалению, все попытки найти эту важную документацию не увенчались успехом… Поэтому и пришлось нам теперь специально вскрывать гитлеровскую маскировку, израсходовав на это очень много гаубичных снарядов». Оборону непосредственно на перешейке держала 50-я пехотная дивизия генерал-майора Сикста, усиленная отдельными немецкими и румынскими частями, при 400 орудиях и минометах.

Перед плацдармами советских войск на южном берегу Сиваша противник в узких межозерных дефиле оборудовал две-три полосы. На Керченском полуострове на всю его 70-километровую глубину были построены четыре оборонительные полосы.

В оперативной глубине готовилась оборона на рубеже Саки, Сарабуз, Карасубазар, Старый Крым, Феодосия.

С момента сухопутной изоляции жизненно важное значение для немецко-румынской группировки приобрели морские коммуникации с Одессой и портами Румынии. Резко возросла интенсивность движения на трассе Севастополь—Констанца. Если в феврале здесь прошли 20 конвоев, то в марте — 44, а в апреле — 141. Их охрану обеспечивали германские легкие силы — 13 торпедных катеров, 30 охотников, 17 катеров-тральщиков, а также авиация. Румынский флот выделил четыре эсминца и три канонерские лодки. Кроме них, большую роль сыграли около 80 самоходных десантных барж и паромов, решавшие на театре широкий круг задач. Немцы в этот период по-прежнему господствовали на море, а рапорты советских подводников о десятках потопленных судов не производили на них никакого впечатления.

Одновременно с подготовкой к обороне полуострова штаб 17-й армии разрабатывал и план эвакуационных мероприятий под кодовым названием «Рудербот» (позднее — «Адлер»). В приказе Енеке, датированном 14 марта, говорилось: «Соотношение сил в Крыму в настоящий момент вынуждает командование подготовить эвакуацию Крыма морским и воздушным путем». Основная идея состояла в том, чтобы, используя многочисленные отсечные позиции, в течение шести-семи дней отвести войска в Севастопольский укрепленный район и в течение трех недель вывезти их морем.