24 сентября в 5 часов утра немецкая артиллерия открыла ураганный огонь по советским позициям на Перекопе. Почти одновременно бомбардировщики люфтваффе группами по 20–30 самолетов атаковали советские войска в районе от Перекопа до Армянска. Для наступления на Крым Манштейн сосредоточил сравнительно крупные силы, оголив до минимума северный фланг своей армии. В первом эшелоне шли две пехотные дивизии 54-го корпуса, во втором — 49-й горнострелковый корпус и дивизия «Лейбштандарт Адольф Гитлер». Кроме того, из тыла подтягивалась еще 50-я пехотная дивизия. Все это дополнялось большим количеством артиллерии, а также полусотней танков и штурмовых орудий. Правда, Манштейн в своих мемуарах позднее утверждал, что танков у него не было, но это скорее всего ложь, поскольку немцы не проводили подобных операций без танковой поддержки. Их наличие подтверждают все советские защитники Перекопа. IV воздушный корпус люфтваффе, поступивший в распоряжение Манштейна, имел к этому времени около 400 боевых самолетов, входивших в состав JG 77, KG 27, StG 77 и отдельных авиаподразделений.

В первый день немецкого наступления люфтваффе полностью захватили господство в воздухе над Перекопом. Если советские ВВС выполнили в этом районе 104 самолето-вылета, то немцы — 800. «Над перекопским валом немецкие самолеты появлялись с утра и не оставляли нас в покое до вечера, — вспоминал командующий оперативной группой войск 51-й армии на перешейке генерал П.И. Батов. — Небольшими группами они заходили от Сиваша и, следуя один за другим, клали и клали бомбы по гребню. В морской дали скрывается одна группа, а от Сиваша появляется другая. Не оставалось, кажется, непораженным ни метра. Плотность при массированной бомбежке была такая, что однажды произошло прямое попадание в корабельную башню, поставленную на валу в качестве НП начальника дивизионной артиллерии».

Бои завязались также у Чонгарского моста и Арбатской стрелки, где немцы наносили отвлекающий удар. На Перекопе они двинули вперед вначале полки 73-й и 46-й пехотных дивизий. И сразу понесли значительные потери из-за ожесточенного сопротивления бойцов 156-й дивизии. Особенно сильные бои шли в районе совхоза «Червонный чабан». Много гитлеровцев погибло в результате подрыва морских мин, заложенных в землю в качестве фугасов, а также от огня береговых батарей. Несмотря на постоянную авиационную поддержку, немецкое наступление быстро захлебнулось. Тем не менее силы были неравные, и в ночь на 25 сентября подразделения 156-й дивизии отошли на основной рубеж обороны.

На рассвете вновь появились бомбардировщики люфтваффе. «Немецкие летчики бомбили с пикирования, — вспоминал Батов, — стараясь уничтожить на Перекопском валу наши дзоты и дота. Под ударами с воздуха — все позиции орудий и минометов. Куда ни взглянешь, везде стоит непроницаемая стена густой пыли от взрывов». Вслед за этим на Перекопе разгорелись еще более кровопролитные бои, так как Манштейн усилил наступавшие соединения резервными частями. На сравнительно узком участке он бросил в атаку до четырех полков при поддержке 50 танков. Советская контратака с участием 14 легких танков Т-37 и Т-38 разведывательного батальона не увенчалась успехом — все эти машины вскоре были подбиты огнем с воздуха. Группы немецких самолетов стремились рассеять атакующие советские подразделения еще до их соприкосновения с противником. И все равно немцы не добились серьезных успехов. Лишь в полдень следующего дня, когда изрядно поредевшие полки 156-й дивизии уже испытывали острый недостаток боеприпасов, немцам удалось прорвать оборону Турецкого вала, после чего они вышли к северной окраине Армянска. Двое суток 156-я дивизия сражалась фактически в одиночестве. Резервы ей выделили только 25 сентября, и неожиданно оказалось, что их дневной марш затруднен, так как дороги, ведущие к Перекопу, находились под контролем вражеской авиации. Лишь к утру 27 сентября к перешейку прибыла 42-я кавалерийская дивизия, но к этому времени немцы уже захватили Армянск. В течение последующих двух суток Армянск четыре раза переходил из рук в руки. В этих боях приняли участие также советские 172-я и 271-я стрелковые дивизии, изрядно потрепанные вражеской авиацией уже на марше. Для поддержки пехоты выделили два десятка танков, из которых половину составляли Т-34, а остальные — Т-37 и Т-38. Последние вскоре были все потеряны. Вечером 28 сентября командарм Кузнецов неожиданно отдал приказ об отходе на плохо оборудованные ишуньские позиции, и это несмотря на то что немцам пришлось часть сил направить для отражения советского наступления Южного фронта.

Советская авиация 24 сентября не смогла оказать существенной помощи своим войскам на перешейке из-за значительного численного превосходства противника в воздухе. Наиболее активно действовала в этот день Фрайдорфская группа, однако в ее составе имелось к утру всего 19 исправных истребителей и 8 легких штурмовиков И- 15бис. Хотя многие пилоты выполнили по 3–4 боевых вылета, ситуацию на земле они не изменили, а также не смогли воспрепятствовать вражеским налетам. В качестве успеха можно привести лишь воздушный бой, проведенный группой прикрытия бипланов И-15бис. Семь Bf 109, покинув свои бомбардировщики, набросились на четверку истребителей во главе с летчиком Филатовым и неожиданно попали в «клещи». Сверху на них напала пара Любимова, а снизу атаковала четверка Михаила Авдеева. Уйти удалось только двум Bf 109. Пять «мессеров» были уничтожены — некоторые сразу, а других добили у земли штурмовики И-15бис.

25 сентября над перешейком появились бомбардировщики Пе-2 из 40-го БАП Черноморского флота. Летали они тройками и пятерками, бомбили цели в районе совхоза «Червонный чабан», а прикрытие в воздухе им обеспечивали истребители Фрайдорфской группы. Впрочем, прикрытие это было скорее условным, так как немцы стали поднимать в воздух одновременно по 2–3 эскадрильи «мессершмиттов», и экипажам «пешек» пришлось больше полагаться на скорость своих машин. М.В. Авдеев из 32-го ИАП вспоминал, как ему парой пришлось отвлекать от бомбардировщиков около 40 немецких истребителей. Оба «яка» вернулись на базу как решето — в самолете Авдеева насчитали 32 пробоины. За день 5-я эскадрилья Авдеева потеряла два истребителя, но их пилоты остались живы. На попутном грузовике добрался до своего аэродрома летчик Щегликов с сильно обожженными руками. Уже на горящем самолете он сумел изловчиться и сбил напавший на него Bf 109, и лишь затем покинул кабину самолета. Вечером заявился в столовую авиаполка, как раз на собственные поминки, лейтенант Филатов с парашютом в руках.

В отличие от «пешек» гораздо меньше шансов уцелеть в бою имели бомбардировщики СБ из состава авиагруппы Краснодарских курсов. Четыре таких самолета, наносивших бомбовый удар по позициям немецкой артиллерии, были сбиты прямо на глазах генерала Батова. Истребителей их сопровождения немцы связали боем.

С наступлением темноты активизировалась советская ночная авиация. Ночью немецкие аэродромы, а также войска на Перекопе бомбили 24 МБР-2 и 7 ДБ-3. Из числа гидросамолетов один был сбит зенитным огнем.

26 сентября от постоянных атак и контратак, разрывов снарядов и бомб весь Турецкий вал затянуло дымом. С севера и с юга от него стелилась пыль, поднятая колоннами войск, выдвигавшимися к линии фронта. В этот день наряду с наземными советскими частями были усилены, наконец, и подразделения ВВС, действующие в районе Перекопа. Туда перебросили еще две эскадрильи 8-го ИАП (13 ЛаГГ-3, 10 И-153 и 3 И-16). В состав ВВС 51-й армии вошли 507-й БАП, вооруженный бомбардировщиками Пе-2, а также 103-й ШАП, имевший в составе штурмовики Ил-2. Бои в воздухе разгорелись с новой силой, чему способствовал тоже приказ советского командования поднимать самолеты в небо по 5–6 раз в день. Истребители теперь сражались не только в районе Перекопа, но и вынуждены были отвлекаться на прикрытие находившихся на марше войск. Летчики Фрайдорфской группы выполнили 53 самолето-вылета, доложив об уничтожении 10 вражеских автомобилей, нескольких артиллерийских орудий и до двух рот пехоты. В воздухе были сбиты один Bf 109 и один бомбардировщик Ju 87. Собственные потери группы составили на этот раз четыре самолета. Еще на два сбитых немецких истребителя претендовали летчики ВВС 51-й армии, потерявшие, в свою очередь, несколько «пешек» и неизвестное число истребителей. Немецкие пилоты из состава JG 77 заявили в этот день около 30 воздушных побед!