Чтобы не допустить чрезмерного уплотнения боевых порядков наших войск, командующий фронтом вывел из боя 11-й гвардейский стрелковый и 3-й горнострелковый корпуса и три стрелковые дивизии в свой резерв.
В эти дни в штаб фронта стали поступать разведданные о том, что на вражеские аэродромы в Крыму прибывают в большом количестве пикирующие бомбардировщики и истребители, а на восточном побережье Керченского полуострова устанавливается дальнобойная артиллерия. Об этом докладывала и авиаразведка. И вскоре повысилась активность вражеской артиллерии и авиации. Командующий фронтом обратился к начальнику Генерального штаба А. М. Василевскому с просьбой нанести удары авиацией дальнего действия с аэродромов Южного фронта по вражеским воздушным силам в Крыму.
А штаб фронта 29 сентября направил армиям и флоту боевое распоряжение, в котором указывалось, что противник, установив на восточном побережье Керченского полуострова дальнобойную артиллерию и перебазируя на аэродромы Крыма пикирующие бомбардировщики, начал наносить удары по боевым порядкам наступающих войск с целью отрыва от них своих сил. Время, когда силы противника скапливаются для погрузки на плавсредства, является для наших войск наиболее удобным для уничтожения их на берегу. Было приказано организовать сильные подвижные отряды автоматчиков на танках и совместно с артиллерийскими группами смело выбрасывать их вперед с задачей расстрела противника прямой наводкой. В целях более надежного прикрытия наступающих частей и огневых позиций артиллерии от ударов авиации противника предписывалось перебросить в районы боевых порядков войск все зенитно-артиллерийские средства. Командующий фронтом требовал открывать огонь по самолетам, когда они летели еще над своими позициями, чтобы ввести пилотов в заблуждение относительно истинного переднего края и заставить их отбомбиться по своим.
С 1 октября войска всех трех армий начали решительный штурм последнего укрепленного рубежа обороны на подступах к Керченскому проливу. Гитлеровцы, расходуя до конца запасы снарядов, мин, патронов, стремились сдержать наше наступление, чтобы эвакуировать главные силы. Но теперь ничто не могло удержать наших воинов. 18-я армия перешла в наступление всеми силами. 55-я Иркутская гвардейская дивизия генерала Б. Н. Аршинцева и 89-я дивизия полковника Н. Г. Сафаряна прорвали оборону врага и устремились на Приморский, а на Тамань двинулась 5-я гвардейская танковая бригада полковника П. К. Шуренкова о посаженными на танки подразделениями 107-й стрелковой бригады.
Разгромив арьергардные немецкие части на этом направлении, войска 18-й армии при содействии Черноморского флота 3 октября освободили Тамань и вышли к Керченскому проливу. А в ночь на 9 октября флот высадил морской десант — батальоны 83-й морской стрелковой бригады — на косу Тузла и к утру очистили ее от врага.
Продолжали наступать и войска 56-й армии. Особенно успешно здесь действовали 383, 339 и 317-я стрелковые дивизии (командиры соответственно генерал-майор Б. Я. Горбачев, полковники Т. С. Кулаков и И. Ф. Ромащенко). Они первыми прорвали оборону между Ахтанизовским и Кизилгашским лиманами, 4 октября с ходу ворвались в Вышестеблиевскую, освободили Трактовый, Бражников, Приморский и вышли к Таманскому заливу. Теперь вся вражеская группировка на полуострове была расколота на две части.
Но на севере войска 9-й армии решали задачу с трудом. Глубокий Ахтанизовский лиман пересек ей путь на запад. Наступление здесь по узкому проходу могла вести только одна дивизия. Поэтому командующий фронтом решил главные силы армии вывести в резерв фронта, а 227-ю стрелковую дивизию включить в состав 56-й армии. Генералу А. А. Гречко было приказано повернуть фронт наступления армии на север — во фланг и тыл вражеским войскам, оборонявшимся на северном побережье полуострова, разгромить их и не допустить эвакуации. Противник под угрозой окружения вынужден был поспешно оставить Ахтанизовскую и отойти в район Кучугуры, а наши, продвигаясь вперед, стали выходить к портам Кучугуры и Веселый.