Командующий Приморской армией генерал-майор И. Е. Петров был назначен заместителем командующего СОР по сухопутной обороне, заместителем по береговой обороне стал генерал-майор П. А. Моргунов, генерал-майор авиации Н. А. Остряков вступил в должность заместителя командующего СОР по авиации, членом Военного совета стал дивизионный комиссар Н. М. Кулаков. После того как 9 ноября в состав СОР вошла Приморская армия численностью около 19 тысяч человек, силы, находившиеся в распоряжении вице-адмирала Октябрьского, стали насчитывать до 55 тысяч человек, около 100 самолетов, 170 орудий, 60 зенитных орудий и 30 пулеметов. Более 15 тысяч севастопольцев вступили добровольцами в народное ополчение и пополнили ряды защитников города.
Войска 51-й отдельной и Приморской армий в течение почти месяца, с 18 октября по 16 ноября 1941 г., сковывали непрерывными боями крупную группировку немецких войск, что позволило командованию войск Крыма усилить сухопутную оборону Главной военно-морской базы Черноморского флота — Севастополя. Это были своевременные меры, так как 8 ноября 105-й пехотный полк 72-й пехотной дивизии вермахта овладел Балаклавой. До Севастополя оставалось полтора десятка километров.
Начавшееся 11 ноября немецкое наступление на Севастополь стало суровой проверкой личного состава СОР на стойкость. Сосредоточив четыре пехотные дивизии, моторизованный отряд и румынскую моторизованную бригаду общей численностью около 60 тысяч человек, противник начал наступление на Севастополь. Немецкое командование решило нанести главный удар вдоль Ялтинского шоссе на Балаклаву и вспомогательный удар — из района Черкез-Кермен вдоль долины Кара-Кобя. В ходе ожесточенных боев, встречая упорное сопротивление советских частей, противнику за 10 дней боев удалось вклиниться в передовую оборонительную полосу советских войск лишь на двух участках: в направлении Дуванкоя — на 3–4 км и у хутора Мекензия — на 1–2 км.
Пятнадцатого ноября Октябрьский доложил Верховному главнокомандующему о положении в Севастопольском оборонительном районе: «Состояние обороны Севастополя продолжает оставаться исключительно напряженным. Противник на фронте имеет 50, 72 и 132 пд, 32-ю егерскую дивизию, 36-й мотополк, 118-й мотоотряд, кавбригаду румын и продолжает подтягивать части. 14 ноября вновь подошедшая 72 пд начала наступать на Балаклаву. На восстановление положения брошены все резервы… Несмотря на просьбы, до сих пор не получили ни ответа, ни пополнения людьми, винтовок, пулеметов. Снарядов для полевой артиллерии осталось на 3 дня боя.