Под Севастополем при длине фронта 34 километра противник имел плотность артиллерии 37 орудий и до 20 минометов на километр фронта. На главном направлении гитлеровцы могли довести плотность артиллерии до 100 стволов на километр фронта с учетом танковой и зенитной артиллерии.

Для авиационной поддержки немцы сосредоточили в Крыму 900 самолетов (в отдельные дни — свыше 1000), в том числе 700 бомбардировщиков и 200 истребителей. Эта авиационная группировка наносила удары по Севастополю, а также действовала на морских коммуникациях.

К началу третьего штурма войска Севастопольского оборонительного района (СОРа) состояли из семи стрелковых дивизий неполного комплекта. Армейская артиллерия насчитывала 455 орудий разного калибра и один дивизион «катюш» — 12 реактивных установок М-8. В береговой обороне находилось 151 орудие до 305-миллиметрового калибра включительно. Плотность артиллерии в СОРе, считая всю артиллерию армии и береговой обороны, в среднем составляла 19 орудий на километр фронта.

Важную роль в обороне Севастополя играла особая авиагруппа в составе 115 самолетов (56 истребителей, 16 бомбардировщиков, 12 штурмовиков и 31 ночной бомбардировщик). 28 мая и 10 июня прибыли еще 24 самолета Як-1.

Обеспечение СОРа с морского направления возлагалось на силы Охраны водного района (ОВР), в состав которого входили малые охотники за подводными лодками типа МО-4, принявшие на себя основную тяжесть борьбы с противником на море.

После приказа Манштейна немцы начали перебрасывать силы с Керченского направления под Севастополь, накапливать артиллерию, танки, подвозить боеприпасы. С 20 мая активизировалась вражеская авиация, усилились воздушные налеты и артиллерийский обстрел Севастополя. Авиационная и артиллерийская подготовка наступления противника проводилась в два этапа: первый — с 20 мая по 1 июня и второй — со 2 по 6 июня включительно перед переходом в наступление.

На первом этапе враг преследовал цели: уничтожение самолетов, береговых и зенитных батарей, разрушение аэродромов на Херсонесском мысу, в Юхариной балке, на Куликовом поле, а также города и порты. Характерной особенностью второго этапа вражеской подготовки были массированные налеты и обстрелы всей глубины боевых порядков войск, артиллерийских позиций и командных пунктов с целью уничтожения сил и средств СОРа. В период артиллерийской и авиационной подготовки на обоих ее этапах противник усилил действия своей авиации по морским сообщениям с Севастополем, подвергая бомбардировке порты погрузки на Кавказе, места разгрузки в Севастополе, корабли и суда во время перехода их в море.

21 мая командование СОРа обратилось в телеграмме с просьбой о помощи Севастополю к командующим Северо-Кавказским фронтом маршалу С. М. Буденному: «Нужна немедленная помощь: 1. Вооруженное пополнение 15 000 человек для доведения сухопутных соединений до нормы. 2. Стрелкового оружия 10 000 винтовок, 250 станковых пулеметов, 1500 ручных пулеметов. 3. Увеличить количество боезапаса до 8 комплектов, имеем 1–2 боекомплекта. 4. Дать самолеты: 50 Як-1 и 10 Пе-2. Подать танки: 25 шт КВ и 25 бронемашин».

Командование СОРа вовремя узнавало о намерениях противника. Разведка была так хорошо организована, что очень часто копии важных документов, издаваемых фашистским командованием, сразу же поступали в разведотдел. Так, копия боевого приказа Манштейна о подготовке штурма через два дня была уже у командования СОРа. Это в значительной степени помогло подготовиться к отражению штурма.

27 мая в Севастополь прибыла 9-я бригада морской пехоты в составе 3017 человек, с восемью 122-миллиметровыми, восемью 76-миллиметровыми и семнадцатью 45-миллиметровыми орудиями. Помощь Севастополю оказывалась, однако в силу объективных причин не все просьбы могли быть выполнены. Того, что получили, было недостаточно для обеспечения надежной обороны Севастополя.

С конца мая обстановка на море стала крайне неблагоприятной для перевозки подкреплений в связи с тем, что ночи стали значительно короче, и это создавало возможность для эффективных действий господствующей германской авиации на советских морских коммуникациях. Кроме авиации активно действовали и вражеские подводные лодки, торпедные катера и сторожевые катера, в том числе и итальянские, базировавшиеся в Ялте, Евпатории, Форосе и других портах Крыма. Переход и прорыв в Севастополь были очень опасны даже для боевых кораблей, не говоря уже о транспортах.

2 июня немецко-фашистское командование приступило ко второму, решающему по его планам, этапу подготовки наступления — подавлению обороны советских войск, уничтожению резервов, командных пунктов и артиллерийских батарей, — все должно было быть закончено к вечеру 6 июня.

За этот период противник сбросил на боевые порядки СОРа 45 тысяч авиационных бомб весом от 100 до 500 килограммов. Крупные бомбы (1000 килограммов и выше) немцы сбрасывали на береговые железобетонные батареи и командные пункты соединений. Вражеская артиллерия за это время выпустила около 12 600 снарядов разных калибров, в том числе некоторое количество сверхмощных 614-миллиметровых снарядов. В городе было разрушено около 4640 зданий и повреждено свыше 3 тысяч. Среди населения имелись значительные жертвы. Город был охвачен пожарами.