Efter at deres første angreb på Sevastopol mislykkedes, valgte akselmagten at føre belejringskrig indtil midten af 1942, hvor de angreb de omringede sovjetiske styrker fra land, hav og luft. Den 2. juni 1942 begyndte aksemagterne denne operation, med kodenavnet "Störfang" (Sturgeon Catch). Den sovjetiske Røde Hær og Sortehavsflåden holdt ud i ugevis under intenst bombardement fra aksemagterne. Det tyske luftvåben (Luftwaffe) spillede en afgørende rolle i belejringen, da dets 8. luftkorps ustraffet bombede de belejrede sovjetiske styrker, flyvede 23.751 flyveoperationer og faldt 20.528 tons bomber alene i juni. Intensiteten af de tyske luftangreb var langt over tidligere tyske bombetog mod byer som Warszawa
, Rotterdam eller London. Ved belejringens afslutning var der kun 11 uskadte bygninger tilbage i Sevastopol. Luftwaffe sænkede eller afskrækkede de fleste sovjetiske forsøg på at evakuere deres tropper ad søvejen. Den tyske 11. armé undertrykte og ødelagde forsvarerne ved at skyde 46.750 tons artilleri ammunition på dem under "Störfang".