В ночь на 9 мая противник предпринимал неоднократные контратаки, стремясь восстановить положение в районе Сапун-горы и горы Горная. Наиболее сильные контратаки пришлось выдержать находившимся на западных скатах горы Горная частям 318-й стрелковой дивизии. Два стрелковых полка этой дивизии к исходу 8 мая наиболее глубоко вклинились в оборону противника, значительно опередив своих правых и левых соседей, и имели открытые фланги. Противник, стремясь восстановить положение на этом участке, предпринял в течение ночи до десяти следующих одна за другой контратак силою от роты до двух батальонов при поддержке 4–6 штурмовых орудий. Эти контратаки противник направлял главным образом по флангам выдвинувшихся вперед частей 318-й стрелковой дивизии, стремясь их окружить и уничтожить. Части 318-й дивизии сумели успешно отразить все предпринятые противником в течение ночи контратаки. Этому в значительной степени способствовало то обстоятельство, что в боевые порядки выдвинувшихся вперед стрелковых частей были своевременно подтянуты орудия прямой наводки, и то, что сюда же немедленно были выдвинуты и передовые НП поддерживавших наступление 318-й дивизии артиллерийских частей.
Противник в течение ночи на 9 мая контратаковал также силою до двух рот пехоты и подразделения 242-й горнострелковой дивизии, вышедшие на западную окраину Карань, но и на этом участке контратака противника не имела успеха и была решительно отражена нашими войсками.
На утро 9 мая командующий войсками 4-го Украинского фронта назначил штурм второй оборонительной полосы противника с целью ее прорыва и освобождения города Севастополь. В связи с тем, что войска армии к исходу 8 мая были еще от второй оборонительной полосы на расстоянии от 800 до 2000 метров, командармом перед командирами корпусов и дивизий была поставлена задача: в течение ночи подвести части к переднему краю и спешно подготовить исходное положение для атаки. Для выполнения этой задачи в течение ночи с 8 на 9 мая от каждой стрелковой дивизии действовали отдельные отряды силами от одного до двух батальонов. Противник оказал сильное сопротивление, и эти отряды в продвижении вперед успеха не имели. Но в результате ночного боя и захвата пленных удалось в значительной степени уточнить группировку противостоящей армии противника.
19-й танковый корпус к двум часам ночи сосредоточился в районе колхоза Большевик и в виноградниках восточнее его в готовности к выдвижению с утра 9 мая на рубеж развертывания для ввода в прорыв и последующего наступления на направление мыса Херсонес.
В 8.00 утра войска армии после 40-минутной артиллерийской подготовки и бомбоштурмового удара авиации 8-й воздушной армии перешли в решительное наступление по всему фронту. Противник не выдержал удара и начал отход. Преследуя его, части армии с ходу овладели сильным узлом сопротивления в районе совхоза № 10 и ворвались во вторую оборонительную полосу Севастопольского укрепрайона. В 10.40 с рубежа совхоза № 10 — безымянная высота (в 1 км южнее совхоза № 10) был введен в прорыв 19-й танковый корпус. Решительными действиями стрелковых соединений и танкового корпуса вторая оборонительная полоса противника на Севастопольском плацдарме была прорвана в короткий срок и были заняты узлы сопротивления противника — высота 172,7, поселок 6-я Верста, водохранилище, высота 179,0, высота 119,1, высота 197,3.
Танки 19-го танкового корпуса, встречая многочисленные инженерные заграждения и сильный огонь артиллерийских орудий противника, который для борьбы с нашими танками применил и свою многочисленную зенитную артиллерию, продвигались вперед очень медленно и в силу этого обогнать стрелковые части не смогли, действуя все время в боевых порядках пехоты.
32-я гвардейская стрелковая дивизия, действовавшая на правом фланге армии, стремительно преследуя выбитые с высоты 172,7 части противника, к 17 часам с ходу овладела слободой Рудольфова и на плечах противника ворвалась в южную часть города Севастополя.
Продолжая уничтожать разрозненные группы врага и освобождая улицу за улицей, дивизия во взаимодействии с частями 51-й армии к 19.00 8 мая полностью овладела юго-западной частью города.
На другом фланге армии 83-я морская стрелковая бригада, прорвав вражескую оборону противника и развивая стремительное преследование противника в юго-западном направлении, своими передовыми подразделениями, при поддержке двух танков 257-го танкового полка, ворвалась в опорный пункт немцев в районе бывшего монастыря Георгиевский. В результате выхода подразделений 83-й бригады, наступавшей на правом фланге 16-го корпуса к берегу моря у бывшего монастыря Георгиевский (в районе горы Мраморная), была окружена большая группа противника, которая после ожесточенного боя к 17 часам была полностью ликвидирована частями 16-го стрелкового корпуса. Успешно боевые действия шли и в полосе наступления 3-го горнострелкового корпуса.