Несмотря на столь сомнительные перспективы, 24 сентября 54-й армейский корпус противника начал наступление на Перекопский перешеек. Несмотря на сопротивление советских войск, корпусу удалось, отбивая сильные контратаки, 26 сентября взять Перекоп и преодолеть «Татарский ров».
В период этих боев советское командование бросило против врага все имевшиеся у них танки, в том числе и Т-34. Немецкий саперный офицер так описывает первую встречу с этими танками (в тексте – «тяжелые танки») в боях за Перекопские позиции:
«…Едва мы переправились через ров, как нас со стороны Армянска атаковали тяжелые танки. Один из моих роттенфюреров к всеобщему веселью открыл совершенно бесполезный огонь из противотанкового ружья – «пехотного дверного молоточка». Нас спасла румынская батарея тяжелых гаубиц, снаряды которой вырывали огромные воронки, и сталинским танкам пришлось ретироваться». Это были новейшие для того времени 149-мм гаубицы фирмы «Шкода» образца 1934 и 1937 гг.
В три последующих дня труднейшего наступления корпус прорвал оборону советских войск на всю ее глубину, взял сильно укрепленный населенный пункт Армянск и вышел на оперативный простор. Остатки дивизий 51-й армии отошли к Ишуньскому перешейку с большими потерями, по данным Манштейна немецкими войсками было захвачено 10 000 пленных, 112 танков и 135 орудий.
Но в дальнейшем, в результате контрударов, нанесенных в это время войсками 9-й и 18-й армий Южного фронта, немецкие войска вынуждены были прекратить наступление на Крым. В то же время прорыв врагом первой линии перекопских укреплений советских войск говорил о недостаточной прочности обороны Крыма. Не имея свободных частей для усиления 51-й Отдельной армии, Ставка Верховного Главнокомандования 30 сентября решила эвакуировать Одесский оборонительный район и за счет его войск усилить оборону Крымского полуострова. До прибытия войск из Одессы, на что требовалось около трех недель, командующему 51-й Отдельной армией было приказано сосредоточить все силы для удержания Арабатской стрелки, Чонгарского перешейка, южного берега Сиваша и Ишуньских позиций.
Пока осуществлялась эвакуация Одессы и переброска войск в Крым, противник, продолжая наступление в общем наступлении на Ростов, оттеснил войска Южного фронта к Таганрогу и получил возможность возобновить наступление на Крым. На этот раз для вторжения в Крым немецкое командование выделило 11-ю армию с румынским горным корпусом, всего семь немецких пехотных дивизий и две румынские бригады.