1941年6月22日，德國對蘇聯突然不宣而戰，以偷襲方式拉開了蘇德戰爭的大幕。蘇軍猝不及防，在戰爭初期損失慘重，德軍三路集團軍群迅速推進，僅僅到10月，就已經佔領了大半個烏克蘭，並推進到克里米亞半島，蘇聯約四分之一的國土就此淪陷。而且最重要的是，蘇聯淪陷區雖然只佔國土的四分之一，但是卻有著蘇聯超過四分之三的工業產業，是蘇聯生存的經濟和工業命脈所在地。而倉促應戰的蘇聯只能拼盡全力誓死抵抗，以儘可能拖延法西斯進攻的腳步，為本國的工業企業向烏拉爾山轉移爭取時間，為日後的勝利爭取希望。
經過規模浩大但損失慘重的基輔合圍戰，蘇軍南線幾近崩潰，大量有生力量被德軍俘虜，對此德軍決心乘勝南下，一舉拿下烏克蘭最重要的海軍要塞——塞瓦斯托波爾。塞瓦斯托波爾（Sevastopol），克里米亞半島著名港口城市、黑海門戶，俄羅斯海軍基地、黑海艦隊司令部所在地。位於克里米亞半島西南端，北緯44°36′，東經33°32′。面積770平方公里。塞瓦斯托波爾歷史悠久，早在公元前6世紀，希臘人就曾經在這裡建造城市，並作為殖民點對整個克里米亞半島進行擴張。1854年時俄羅斯和英法土三國就克里米亞問題還爆發過著名的克里米亞戰爭，其中就以塞瓦斯托波爾守城戰最為慘烈。
到1940年時，塞瓦斯托波爾已經成為整個黑海地區最重要的海軍基地和造船廠的所在地，蘇聯海軍黑海艦隊的主要錨地就在塞瓦斯托波爾。同時，蘇聯轟炸機可以從這裡起飛轟炸德國唯一的石油來源地——羅馬尼亞普洛耶什蒂油田。這給希特勒帶來巨大的壓力，如果不能確保石油的穩定供應，德軍將會很快崩潰。不僅如此，蘇軍艦隊還可以從塞瓦斯托波爾出發，不斷襲擊羅馬尼亞等德軍僕從國的海岸，造成很大破壞。並且有效阻止德軍利用黑海航線向前線輸送物資和給養。所以對於整個戰爭規劃而言，必須儘快拿下塞瓦斯托波爾，這樣才能確保德國後方補給的安全暢通。
塞瓦斯托波爾保衛戰從1941年10月31日爆發，一直持續到1942年7月4日，全程250余天。在10月下旬，德軍已經控制了整個克里米亞半島的大部分地區，並對塞瓦斯托波爾構成了全面包圍。為了減少損失，蘇軍黑海艦隊的主力已經撤往位於高加索的喬治亞蘇乎米軍港，在戰區僅保留部分驅逐艦、魚雷艇和潛艇用於支援蘇軍的作戰。雙方戰爭態勢對蘇軍極為不利。
最初塞瓦斯托波爾的蘇聯守軍只有約2.3萬人，火炮150門。戰役發起時，工事構築尚未完成。按照分工，海上防禦由海岸炮兵和黑海艦隊負責。1941年11月9日，蘇聯紅軍又將濱海集團軍3個師的兵力編入塞瓦斯托波爾的防禦序列，用於增強防禦力量。12月以後，透過驅逐艦和快艇的不斷補充，守衛塞瓦斯托波爾的蘇軍總兵力快速增加到約27萬人。而負責進攻塞瓦斯托波爾要塞的是由德國元帥曼施泰因指揮的第11集團軍，其中下轄3個精銳的德國軍、2個羅馬尼亞僕從軍，總計11個師，總兵力約35萬人。
塞瓦斯托波爾和以往德軍進攻的蘇聯城市都不一樣，由於從沙俄時代開始合理就是俄羅斯最重要的海防要塞，特別是該城還經歷過被英法聯軍攻佔和拆毀的慘痛經歷。所以蘇聯從建國以來就一直非常關注該城的建設。即使在整個30年代大清洗中，塞瓦斯托波爾的防禦和人員部署也沒有遭到太多幹涉，整個城市在德軍入侵之前，就已經全面要塞化。蘇軍甚至把原先戰列艦上的雙聯裝305毫米重炮直接連炮塔一起拆下來，安裝在城市的制高點上，充當固定炮臺使用，而這座炮臺在後來的城市攻防戰中確實起到了巨大的殺傷作用。儘管在德軍10月31日兵臨城下時，塞瓦斯托波爾的防禦工事尚未全部完工，但是蘇軍廣泛發動全城的平民，協助蘇軍一起修工事、挖戰壕，再一次把整個塞瓦斯托波爾變成一座要塞。而對於德軍而言，塞瓦斯托波爾是他們入侵蘇聯之後啃上的第一塊''硬骨頭''。
經過短暫準備，德軍從11月11日開始對塞瓦斯托波爾發動全面進攻，首輪進攻德軍就集中了4個步兵師，1個摩托化師和1個羅馬尼亞摩托化旅，沿著雅爾塔公路向前進攻推進。儘管德軍此時在兵力上佔據優勢，同時在火力上也比蘇軍有1倍以上的優勢，但是由於蘇軍的頑強抵抗，德軍的進展非常緩慢。從11日到21日，整整10天時間，德軍僅在2個地段上突入蘇軍陣地1～4公里，完全無法實現戰役目標，同時由於損失慘重，不得不在21是暫停進攻，並重新整備部隊。
進入12月以後，德軍集中更多兵力和火炮，特別是將二戰也是迄今為止人類最大的火炮——多拉大炮從德國本土拆卸運抵塞瓦斯托波爾前線。由於蘇軍戰前構築的工事極為堅固，一般的德國火炮甚至是斯圖卡式轟炸機都不能有效摧毀。蘇軍在塞瓦斯托波爾城外設定的代號為''斯大林''、''西伯利亞''和''高爾基1號''的三處重炮陣地，所使用的正是從老式戰列艦上拆下的雙聯裝305毫米重型海軍炮。蘇軍直接將該炮連炮塔一同從戰列艦上拆下來，安置在鋼筋混凝土構築的堅固堡壘上，作為要塞炮使用。由於有戰艦炮塔裝甲加持和厚重的鋼筋混凝土掩護，德軍斯圖卡攜帶1噸重的炸彈也無法有效將其摧毀（不過這主要是因為德國二戰時期航空炸彈製造方面技術薄弱，同樣1噸重的航空炸彈，德國版本的裝藥量僅有美國的大約一半，因此爆炸威力大受影響——筆者注）。
為了儘快拿下塞瓦斯托波爾，然後抽調部隊投入重要的莫斯科會戰。德國將著名的''大多拉''超級要塞炮拆成大量零件，花費一個月的時間，將其從德國本土運送到塞瓦斯托波爾前線。又花費了大約2星期進行就地組裝，並且專門鋪設了用於調整火炮射擊角度使用的環形鐵軌。在一切準備就緒後，口徑800毫米的''多拉''大炮開始對塞瓦斯托波爾的蘇軍要塞發出怒吼。和斯圖卡式轟炸機那1噸重的航彈相比，多拉大炮的發射的穿甲彈重達7.1噸，足以擊穿8000毫米厚的鋼筋混凝土結構。在首次開火中，多拉大炮發射的炮彈就擊穿了蘇軍''斯大林''要塞的堅固防禦，炮彈不但擊穿了蘇軍炮臺的鋼筋混凝國土外層防護圈，還擊穿了蘇軍炮臺的內部結構，深入地下超過30米，直接引爆了蘇軍在塞瓦斯托波爾最大的''庫貝拉''彈藥庫。由此引發的驚天爆炸瞬間摧毀了蘇軍整個塞瓦斯托波爾北部防線。
由於重炮被毀再加上彈藥庫的殉爆，蘇軍防守塞瓦斯托波爾的北部防線隨即出現重大缺口，德軍則蜂擁而入，曼施坦因元帥隨後指揮口徑較小的420毫米''剛瑪''臼炮和610毫米的''卡爾''臼炮，對城區中的蘇軍工事一一點名。很快就摧毀了蘇軍賴以防衛城市的火炮系統。但是頑強的蘇軍在即使背對大海，毫無退路的情況下，依然英勇奮戰，決不投降。蘇軍的頑強抵抗讓德軍的進展變得極為緩慢，原本在12月底，德軍利用多拉、剛瑪、卡爾等多款大口徑重炮已經撕開的蘇軍的防線，但是整個塞瓦斯托波爾戰役依然持續到1942年7月份才以蘇軍大部分被殲滅而告結束。
此役蘇軍陣亡17萬多人，德軍也陣亡5萬多人。作為在背對大海，支援斷絕情況下的孤城防守戰，塞瓦斯托波爾戰役至今依然是各國陸軍教科書中的典範。儘管蘇軍在此役中最終失敗，並且損失比超過德軍3倍，但是此役有效拖住了德國第11集團軍，大大減輕了莫斯科會戰方面蘇軍所受的壓力。在超過半年的時間裡，曼施坦因的精銳德國集團軍倍困在克里米亞半島和蘇軍打消耗戰，而在這個期間，蘇軍從大後方西伯利亞調來大批援軍，蘇德戰場的作戰對比開始向著有利於蘇聯的方向傾斜。