Основной проблемой обороняющей Севастополь Приморской армии, как и любых войск, решающих оборонительную задачу, было выявление направления главного удара противника. Бывший начальник штаба армии Н. И. Крылов вспоминал:
«И 17 декабря, не располагая, к сожалению, достаточными разведданными, мы немало ломали голову над тем, какое из направлений вражеских атак следует считать главным. Вырисовывалось это постепенно» (Крылов Н. И. Огненный бастион. М.:Воениздат, 1973, с. 155).
«Вырисовываться» направление главного удара начало уже после того, как загремела артиллерия.
На рассвете 17 декабря немецкое наступление началось после сильной артиллерийской подготовки. 50–й и 24–й пехотным дивизиям, наступавшим с востока в направлении на бухту Северную, не удалось продвинуться в поросшей почти непроходимым кустарником гористой местности. Наиболее ожесточенные бои развернулись на высотах южнее и севернее долины р. Бельбек, в стыке 3–го и 4–го секторов обороны города, где наступали 22–я и 132–я пехотные дивизии. В ходе ожесточенных четырехдневных боев 22–й дивизии удалось потеснить наши войска на 4—6 км. На опасное направление были брошены резервы: 7–я бригада морской пехоты и 40–я кавалерийская дивизия. Однако решила исход сражения, так же как под Киевом в августе 1941 г. и под Москвой в начале декабря 1941 г., «перманентная мобилизация». Вводом в бой 388–й стрелковой дивизии наступление противника было остановлено. Однако война XX столетия требовала большого расхода боеприпасов. При сохранении темпов расхода боеприпасов, какой наблюдался 17 декабря, в распоряжении защитников оставалось снарядов только на одни сутки. Потери Приморской армии за четыре дня боев составляли свыше 5 тыс. человек.
Нехватка боеприпасов и ввод в бой находившейся в резерве 388–й стрелковой дивизии побудили командование дополнительно усилить гарнизон Севастополя. Утром 20 декабря адмирал Ф. С. Октябрьский поставил крейсерам «Красный Кавказ» и «Красный Крым», эскадренным миноносцам «Бодрый» и «Незаможник» взять на борт свежесформированную 79–ю стрелковую бригаду полковника А. С. Потапова и доставить ее в Севастополь. На транспорте «Чапаев» было доставлено 15 тыс. снарядов и 27 тыс. мин. При этом адмирал Октябрьский предупредил, что на «Чапаев» был погружен весь боезапас, имевшийся на складах в Новороссийске. Вслед за стрелковой бригадой в Севастополь была доставлена 345–я стрелковая дивизия подполковника Н. И. Гузя и 125–й отдельный танковый батальон (25 танков Т–26). Постоянная подпитка резервами требовалась Приморской армии, поскольку у нее уже практически не было места для маневра. Захваченные противником позиции требовалось возвращать контратаками, на которые к тому моменту были способны только свежие соединения.