8 апреля 1944 года началась Крымская наступательная операция (8.04. - 12.05. 1944 г.) войск 4-го Украинского фронта под командованием генерала армии Ф.И. Толбухина. Это была одна из крупнейших операций под его командованием, когда войска фронта прорвались в Крым с севера, совместно с Отдельной Приморской армией генерала армии А.И. Еременко, наступавшей со стороны Керченского полуострова, во взаимодействии с силами Черноморского флота и Азовской военной флотилии разгромили 17-ю армию врага и освободили Крым. Представителями Ставки ВГК были назначены Маршалы Советского Союза А.М. Василевский и К.Е. Ворошилов.
Для наступления СССР собрал около 470 тыс. человек, 6 тыс. орудий, 500 танков и 1 200 самолетов. Перевес советских сухопутных сил над немецко-румынскими был существенным, но не подавляющим, а вот господство в небе было абсолютным — в Крыму у немцев было лишь 150 самолетов.
Предпосылки для успешного советского наступления на Крым сложились за полгода до этого момента, во время завершающего этапа битвы за Днепр. Захват советскими пехотинцами части южного берега Сиваша позволил командованию Красной Армии еще в феврале-марте 1944 г. начать строить через болота дамбы, способные выдержать танки. Это, по сути, нивелировало ценность залива как преграды, поскольку давало советскому командованию свободу действий: главный удар можно было нанести как от Перекопа на Армянск, так и с плацдармов на южном берегу болот.
Оценивая сложившуюся ситуацию, Эрих фон Манштейн, который, по мнению немецких генералов, был главным мастером оперативного искусства и знал ситуацию не понаслышке - сам командовал наступлением на полуостров в 1941-1942 годах - советовал Адольфу Гитлеру начать эвакуацию всех войск из Крыма. Однако фюрер его не поддержал.
Немцы планировали превратить битву за Крым в зеркальное отражение кампании 1941-42 года, устроив в Севастополе неприступную крепость. Однако, как оказалось, укрепления города не восстанавливались в должном объеме, и в 1944 году они не шли ни в какое сравнение с советскими образца начала войны.
Крымская операция закончилась сокрушительным разгромом 17-й немецкой армии. Войска Ф.И. Толбухина обогатились опытом прорыва глубокоэшелонированной обороны противника (на Перекопском перешейке). После этого они умело развивали наступление. В армиях, корпусах и дивизиях создавались подвижные группы. Они действовали в качестве передовых отрядов, не давая отходящим войскам противника закрепиться на новых рубежах обороны. Это позволило достигнуть высоких темпов наступления. В отдельные дни - до 65 км в сутки. Вся боевая техника и припасы оказались в руках у советских войск.
В 1941-1942 гг. немцы осаждали Севастополь 250 дней, а нашим войскам потребовалось 35 дней, чтобы взломать мощные укрепления врага в Крыму, и только 3 дня для освобождения Севастополя - главной базы Черноморского флота. За умелое командование войсками фронта Ф.И. Толбухин был награжден вторым полководческим орденом Суворова 1-й степени. Такой же награды был удостоен и генерал А.И. Еременко.
После завершения операции по освобождению Крыма 4-й Украинский фронт был расформирован и Ф.И. Толбухин вступил в командование войсками 3-го Украинского фронта.
В музее хранится весь фотодокументальный архив маршала Толбухина, а также его личные вещи, подарки (некоторые из них можно увидеть в зале №18). В художественном фонде - картина живописца, художника-монументалиста и плакатиста П.Т. Мальцева «Штурм Сапун-Горы. 7 мая 1944 года» (холст, масло, 1958). Эта работа мастера из Студии военных художников им. Грекова позже послужила основой для создания в Севастополе одноимённой диорамы - одной из лучших в мировой живописи.
