Удержанию Крыма в своих руках немецко-фашистское руководство придавало большое военное и политическое значение. Крымский полуостров немецкое командование рассматривало как «краеугольный камень восточного фронта», полагая, что его оставление повлекло бы отход от Германии Турции, а затем выход из войны Болгарии и Румынии.
Поэтому, несмотря на потерю Правобережной Украины, на 17-ю армию под командованием генерала Йенеке была возложена задача до последней возможности удерживать Крым. Состав армии в начале 1944 года был увеличен на две дивизии. К апрелю она имела 12 дивизий — 5 немецких и 7 румынских, 2 бригады штурмовых орудий, различные части усиления и насчитывала более 195 тыс. человек, около 3600 орудий и минометов, 215 танков и штурмовых орудий. Ее поддерживали 148 самолетов.
На выгодных для обороны рубежах Северного Крыма и на Керченском полуострове противник построил развитую систему оборонительных сооружений. Перекопский перешеек перехватывался тремя и выход с захваченного советскими войсками плацдарма на Сиваше двумя-тремя мощными оборонительными полосами. Четыре оборонительные полосы перекрывали Керченский полуостров. Оборона готовилась также на подступах к Симферополю. Для поднятия морального духа солдат им внушалось, что возведенная на полуострове оборона неприступна. Главные силы 17-й армии оборонялись в северной части Крыма (пять дивизий) и на Керченском полуострове (четыре дивизии). До трех дивизий обороняли побережье.
Освобождение Крыма, предусмотренное по первоначальному плану Ставки одновременно с наступлением на Правобережной Украине, в действительности началось лишь на его завершающей стадии и вылилось в самостоятельную стратегическую операцию.
Решающая роль отводилась 4-му Украинскому фронту. Главный удар планировалось нанести с плацдарма на южном берегу Сиваша. В случае успеха этот удар выводил основную группировку фронта в тыл перекопских позиций противника, а овладение Джанкоем открывало свободу действий в сторону Симферополя и Керченского полуострова в тыл находившейся там группировки врага. Вспомогательный удар наносился на Перекопском перешейке. Отдельная Приморская армия должна была прорвать оборону противника севернее Керчи, главный удар наносить на Симферополь, Севастополь, а частью сил — вдоль южного берега Крымского полуострова.
К началу операции в составе 4-го Украинского фронта и Отдельной Приморской армии имелось 470 тыс. человек, 5982 орудия и миномета, 559 танков и самоходно-артиллерийских установок. В 4-й и 8-й воздушных армиях, поддерживавших сухопутные войска, насчитывалось 1250 самолетов.
Войска 4-го Украинского фронта начали наступление 8 апреля. Перед этим за пять суток тяжелая артиллерия разрушила значительную часть долговременных сооружений врага.в 8.00, в полосе 4-го Украинского фронта началась артиллерийская и авиационная подготовка, общей продолжительностью два с половиной часа. Сразу же по её окончании войска фронта перешли в наступление, нанося главный удар силами 51-й армии генерал-лейтенанта Крейзера с Сивашского плацдарма.

Сивашский плацдарм был захвачен ещё 1 ноября 1943 года в ходе Мелитопольской операции отрядом терских казаков под командование подполковника Поликарпа Ефимовича Кузнецова. В тот же день на плацдарм были преправлены 257-я стрелковая дивизия подполковника  Прокопчука и 216-я стрелковая дивизия полковника Малюкова, который уже переходил Сиваш в 1920 году. за два дня плацдарм был расширен на 18 км по фронту 14 км в глубину. Однако тогда, в ноябре, прорваться в Крым нашм войскам не удалось. Правда, и немцы не смогли ликвилировать плацдарм.

Теперь же, в апреле, в первый же день наступления войска 51-й армии при мощной поддержке артиллерии и авиации к исходу 10 апреля прорвали вражескую оборону и вышли из узких межозерных дефиле. Введенный с утра следующего дня в прорыв 19-й танковый корпус генерал-лейтенанта Васильева с ходу овладел Джанкоем. Там в результате авиационного налёта Васильев был тяжело ранен и в командование корпусом вступил его заместитель полковник И. А. Поцелуев. Наступлением частью сил в тыл Ишуньским позициям 51-я армия заставила противника, под угрозой потери путей отхода, поспешно оставить укрепления на Перекопском перешейке и начать отступление по всему фронту.  Тем временем 2-я гвардейская армия генерала Георгия Фёдоровича Захарова, действуя на преркопском направлении, освободила Армянск. Стремительное продвижение 19-го танкового корпуса поставило керченскую группировку противника под угрозу окружения и вынудило командование противника начать поспешный отход на запад. В ночь на 11 апреля одновременно с 19-м танковым корпусом в наступление перешла Отдельная Приморская армия, которая при поддержке авиации 4-й воздушной армии и Черноморского флота к утру овладела Керчью.

Развивая наступление, советские войска 13 апреля освободили Феодосию, Симферополь и Евпаторию, 14 апреля — Судак и Алушту, а 15 апреля вышли к Севастополю. Попытка взять город с ходу потерпела неудачу и советские армии стали готовиться к штурму города. Целесообразно было объединить все сухопутные армии под одним началом, поэтому 16 апреля Приморская армия была включена в состав 4-го Украинского фронта и её новым командующим стал генерал-лейтенант Кондрат Семнович Мельник (генерал армии Андрей Иванович Ерёменко назначен командующим 2-м Прибалтийским фронтом). С 16 по 30 апреля советские войска неоднократно предпринимали попытки штурма города, но каждый раз добивались лишь частных успехов. 3 мая генерал Эрвин Густав Йенеке, не веривший в возможность успешно защищать город, был отстранён от должности.  на его место был поставлен генерал от инфантерии Карл Альмендингер. Генеральный штурм Севастополя был назначен советским командованием на 5 мая. Начав его по плану, после четырёх дней тяжелейших боёв 9 мая войска фронта освободили город. 12 мая остатки вражеских войск на мысе Херсонес сложили оружие.

Крымская операция закончилась полным разгромом 17-й немецкой армии. Ее потери на суше исчислялись в 100 тыс. человек, в том числе 61 587 пленными. Кроме того, большое количество германских и румынских солдат и офицеров погибло в море во время эвакуации. Армия лишилась всей боевой техники. В результате освобождения Крыма была снята угроза южному крылу советского-германского фронта, а также освобождён Севастополь — главная военно-морская база Черноморского флота.