В 16.00 после короткой, но мощной артиллерийской и авиационной обработки боевых порядков противника была предпринята вторая в этот день атака, проводимая на этот раз уже на всем фронте армии. Медленно преодолевая ожесточенное сопротивление противника, блокируя ДОТы и ДЗОТы и отбивая многочисленные контратаки его мелких подразделений, войска армии к исходу второго дня наступления вышли соединениями 11-го гвардейского корпуса на рубеж в 1500 метрах западнее хребта Сапун-горы. Таким образом, была прорвана главная оборонительная полоса укрепрайона противника на всем участке наступления корпуса. 3-й горнострелковый корпус, частями своей правофланговой 318-й стрелковой дивизии, достиг шоссейной дороги, проходившей в 450–600 метрах западнее горы Горная, также завершив на своем правом фланге прорыв главной оборонительной полосы Севастопольского укрепрайона на всю ее глубину. Остальные соединения 3-го корпуса в течение дня продолжали вести упорные бои по прорыву главной оборонительной полосы противника. Атака, предпринятая частями 89-й стрелковой дивизии, наступавшей в центре 3-го корпуса, успеха не имела. Пехота, подойдя к проволочным заграждениям, прикрывавшим линию траншей противника, проходившую по восточным скалам горы Горная, была прижата сильным артиллерийским и минометным огнем к земле и ворваться в траншеи противника не смогла. Ввод 89-й стрелковой дивизии в бой проходил поспешно и неорганизованно. Командование дивизии не имело достаточного количества времени на организацию взаимодействия с переключенными на ее поддержку артиллерийскими частями.
Наступавшая на левом фланге 3-го корпуса 242-я горнострелковая дивизия к 20 часам 8 мая при поддержке танков 257-го танкового полка после напряженного и длительного боя во взаимодействии с правофланговыми частями 16-го корпуса штурмом овладела пригородом Карань. Гарнизон противника, оборонявший этот сильный узел сопротивления, был уничтожен или пленен. К исходу дня левофланговые части 3-го корпуса продолжали вести упорный бой с противником, укрепившимся на высотах в 200–400 метрах западнее Карань.
В 16-м стрелковом корпусе во второй половине дня 8 мая была введена в бой из резерва командира корпуса 227-я дивизия. После многочасового упорного боя с оборонявшимися в полосе наступления корпуса частями противника соединения 16-го корпуса к исходу дня овладели несколькими сильными опорными пунктами немцев и вышли на линию — западные скаты безымянной высоты в 500 метрах юго-западнее Карань — в 5 км восточнее горы Мраморная.
19-й танковый корпус в течение дня находился в выжидательном районе для наступления (Кадыковка, высота 164,9) в готовности войти в прорыв и развить успех боевых действий армии.
Таким образом, к исходу второго дня боевых действий с целью прорыва Севастопольского укрепрайона войска Приморской армии на правом фланге и в центре полностью прорвали главную оборонительную полосу противника, на левом фланге продолжали вести боевые действия по завершению ее прорыва.
Освобождение города Севастополя
С прорывом главной оборонительной полосы Севастопольского укрепрайона немцев для оборонявшей его вражеской группировки войск создалась непосредственная угроза быть отрезанной от севастопольских бухт и тем самым потерять возможность эвакуации хотя бы остатков оборонявших севастопольский плацдарм немецких частей и соединений. В связи с этим, после многочисленных ожесточенных, но безрезультатных контратак, предпринятых 7 и 8 мая с целью ликвидации прорыва советских войск в районе Сапун-горы и горы Горная, когда были израсходованы все имевшиеся у него на Севастопольском плацдарме резервы, командующий 17-й немецкой армии принял решение об оставлении северного и северо-восточного секторов Севастопольского укрепрайона.
Выполняя этот план, противник в ночь на 9 мая перебросил с северного участка плацдарма оборонявшиеся там ранее части 50-й пехотной дивизии на третью оборонительную полосу (район Земляного вала восточной части Херсонесского полуострова), а части 336-й пехотной дивизии перегруппировал с северо-восточной части плацдарма (район маяка Восточный Инкерманский) на усиление своих войск, оборонявших вторую оборонительную полосу Севастопольского укрепрайона (высота 172,7, совхоз № 10, бывший монастырь Георгиевский).
Однако, несмотря на значительные усиления, части 5-го армейского корпуса немцев не только не смогли ликвидировать прорыв войск Приморской армии, но даже удержать в своих руках в течение сколько-нибудь длительного времени вторую оборонительную полосу Севастопольского укрепрайона.