由于阿纳帕陷落，塔曼的苏联守军与第47集团军之间的联系被切断。亚速海区舰队被迫冲出亚速海逃入黑海。参加这次行动的217艘舰艇中，有144艘撤退成功，有73艘被德军炮火和空袭击沉，另有14艘无法开动，只能在塔曼基地里自行爆破。塔曼半岛的守军此前已经被大量抽到阿纳帕和诺沃罗西斯克，岛上的防御非常薄弱。
9月1日夜，德罗军终于开始实施拖延已久的塔曼登陆战役。为此首先投入了德国第46师和罗第3山地师。德国海军预先从易北河经由多瑙河运来了一些潜艇和鱼雷艇进入黑海。在这些舰艇的掩护下，德军顺利横渡刻赤海峡，闯入防御空虚的塔曼半岛。自9月2日开始，苏第305陆战营充当后卫，掩护主力逐渐退出塔曼。
至9月5日，苏军放弃了塔曼。从塔曼安全撤退到诺沃罗西斯克的苏军官兵有5516人[42]。他们与阿纳帕退出的部队聚集在一起，被编成4个营，用以充实诺沃罗西斯克的守卫力量。另一方面，在两周时间内，德国人从海上向高加索运入了30605名官兵、13254匹马、6265辆机动车。
9月1日，德国第5军也向诺沃罗西斯克发起主攻。德第125、9、73师继续猛攻涅别尔扎耶夫斯卡亚—上巴坎斯基一线。同一天，斯大林把北高加索方面军改编为外高加索方面军黑海集群，由切列维钦科上将指挥。防守诺沃罗西斯克的第47集团军也归其指挥。更换指挥官并不能改善战局。经过多日恶战，德军击溃了苏第47集团军，于9月6日突入诺沃罗西斯克军港与部分城区。第二天德军攻占了车站、粮仓和港口。
9月8日，苏第47集团军司令科托夫也被撤职，由格列奇科少将接替。格列奇科同时兼任诺沃罗西斯克防区司令。巷战持续到了9月9日。当天，西城几乎被德军完全占领，残余守军被驱赶到海岸边。第二天，德国第5军宣布占领诺沃罗西斯克。9月1—10日，德第17集团军（不含罗军）阵亡了793人，负伤3320人，失踪93人。
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