Рано утром 12 апреля войска Отдельной Приморской армии возобновили преследование. Сильным стремительным ударом танков и пехоты, перешедших в атаку после короткого огневого налета на вражескую оборону, части арьергарда противника, оборонявшие второй промежуточный рубеж, были быстро окружены, уничтожены или пленены. После разгрома немецких арьергардных подразделений подвижные отряды корпусов, преодолев сопротивление мелких групп противника и инженерные заграждения, созданные на дорогах отступающими войсками 5-го армейского корпуса, устремились к Ак-Монайским позициям. Через 3 часа преследования, пройдя около 30 км, подвижные части вышли к передовому краю Ак-Монайского оборонительного рубежа, где были встречены сильным заградительным артиллерийско-минометным и ружейно-пулеметным огнем. После короткой разведки танки и пехота подвижного отряда 11-го гвардейского стрелкового корпуса предприняли попытку с ходу прорвать оборону врага на этом рубеже, но, встреченные сильным огнем противотанковых орудий и пулеметов противника с переднего края и заградительным огнем немецкой артиллерии из глубины обороны, вынуждены были отойти на исходные позиции. Не удалось прорвать оборону противника с ходу и подвижным отрядам 3-го горнострелкового и 16-го стрелкового корпусов. Армейский подвижный отряд, следуя за боевыми порядками подвижного отряда 16-го стрелкового корпуса, находился в резерве командарма в готовности, как только обозначится прорыв Ак-Монайского рубежа, войти в него и с ходу овладеть городом и портом Феодосия.
Уточнив группировку противника, подтянув артиллерию и гвардейские минометы, входившие в состав подвижных отрядов, передовые части армии после короткой артиллерийской подготовки (18.00) к вечеру 12 апреля перешли в атаку. В составе артиллерии, обеспечивающей наступление подвижного отряда 3-го горнострелкового корпуса при прорыве последним Ак-Монайского оборонительного рубежа противника, действовал армейский тяжелый гаубичный полк в составе 18-ти 152-мм гаубиц.
Под прикрытием сильного огня артиллерии пехота и танки подвижных отрядов корпусов ворвались на передний край и через полчаса овладели двумя, а на некоторых участках и всеми тремя линиями укреплений Ак-Монайского оборонительного рубежа. Противник, бросив всю материальную часть артиллерии и несколько подбитых самоходных орудий, неся большие потери, в беспорядке начал отходить в западном направлении. К ночи подвижные части армии завершили прорыв обороны противника на Ак-Монайских позициях на всю ее глубину, преодолев тем самым последний оборонительный рубеж противника на Керченском полуострове и получив выход в центральные районы Крыма. В ходе боев на рубеже Ак-Монайских позиций были полностью разгромлены 3-я горнострелковая дивизия румын и несколько подразделений из состава боевой группы «Кригер». Войска армии захватили большие трофеи, в том числе более 40 артиллерийских орудий.