Крупным недостатком передового рубежа являлось то, что он был удален от города всего лишь на 15–16 км и впереди его находились командные высоты. По овладении этими высотами противник мог вести дальний артиллерийский огонь по городу, бухте и расположенным вблизи города аэродромам.
Протяженность передового рубежа достигала 43 километров, глубина его колебалась от 1,5 до 2,5 километра. На этом рубеже обороны было возведено несколько долговременных сооружений, состоявших из отдельных пулеметных и артиллерийских дотов и дзотов. Оборонительные сооружения, расположенные отдельными группами, составляли четыре опорных пункта: Чоргуньский, Черкез-Керменский, Дуванкойский и Аранчийский.
На переднем крае опорных пунктов размещались пулеметные точки. Расстояние между отдельными огневыми точками составляло 200–600 метров, в глубине — 500–800 метров. В промежутках между пулеметными огневыми точками располагались окопы стрелковых отделений.
На наиболее танкоопасных направлениях вдоль дорог и долин были установлены отдельные 45-мм и 130-мм морские пушки. Артиллерийские огневые точки эшелонировались в глубину до 3 километров. Отдельные опорные пункты имели до 10 противотанковых пушек. Перед передним краем Аранчийского и Дуванкойского опорных пунктов были устроены надолбы и на отдельных участках установлены минные поля.
Главный рубеж обороны находился от Севастополя на расстоянии 9–12 километров. Длина его достигала 30 километров, глубина колебалась от 1,5 до 3 километров. Но к 1 ноября 1941 года строительство оборонительных сооружений на главном рубеже закончено не было.
Рубеж прикрытия эвакуации командовал над впереди лежащей местностью, но из-за отсутствия естественных масок был открыт для наблюдения и ударов вражеской авиации. Глубина этого рубежа колебалась от 1 до 5 километров. Наиболее сильная система фортификационных сооружений, состоявшая из пулеметных и артиллерийских дотов и дзотов, была создана на участке Инкерман, Любимовка.
На рубеже, непосредственно прикрывавшем Севастополь, к 1 ноября было построено 17 артиллерийских дотов, 62 пулеметных дота и дзота, 91 окоп, пять командных пунктов, противотанковый ров общей длиной 31,5 километра и установлено 40 километров проволочных заграждений.
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.