В летне-осенней кампании 1942 года советские войска в сентябре после ожесточённых боёв оставили бóльшую часть Новороссийска, закрепившись на его окраине. В период развернувшейся битвы за Кавказ первая операция по освобождению Новороссийска была предпринята в феврале 1943 года. Однако она была не слишком удачной, лишь десантному отряду майора Куникова удалось высадиться на западном берегу Цемесской бухты и оставить за собой небольшой участок местности, который впоследствии получил название «Малая земля». Под игом немецко-фашистской оккупации город пережил тяжёлое время. В застенках гестапо было замучено около 7 тыс. человек, более 32 тыс. человек вывезено на работы в Германию. В то же время на оккупированной территории города действовали подпольные организации, поддерживавшие связь с партизанами.
Летом 1943 года Красная армия развернула мощное наступление на центральном и юго-западном направлениях, что способствовало возобновлению активных действий на Северном Кавказе. В результате Краснодарской операции и последующих боевых действий советские войска вплотную приблизились к Новороссийску. Немецкое командование, считая город ключевым объектом своей «Голубой линии» («Готенкопф») – рубежа обороны на краснодарско-таманском направлении – превратило Новороссийск и окрестные высоты в крупный узел сопротивления. В черте города и порта было построено свыше 300 оборонительных сооружений, установлено около 30 тыс. мин и фугасов. На подступах созданы пять линий траншей и проволочные заграждения в несколько рядов. На всех пристанях и молах, в портовых постройках были установлены орудия и пулемёты, прикрывавшие Цемесскую бухту многослойным огнём. Вход в порт перекрывался боносетевыми и минными заграждениями.
Операция по освобождению Новороссийска войсками Северо-Кавказского фронта (во взаимодействии с силами Черноморского флота готовилась очень тщательно. Главком ВМФ Николай Кузнецов характеризовал её так: «Новороссийская операция была очень трудной и сложной. …В этой операции было всесторонне разработано взаимодействие сил, наступавших со всех сторон – и с моря, и с суши, в том числе и с плацдарма Малой земли. В боях за Новороссийск участвовали разнообразные силы и средства армии и флота, причём действовали они согласованно и одновременно».
Операция началась в ночь на 10 сентября выходом кораблей и судов с десантами из Геленджика. Торпедные катера, авиация и артиллерия одновременно нанесли удар по противнику в районах прорыва и высадки десантов. Вслед за этим перешла в наступления 18-я армия. В ночь на 11 сентября проведена высадка второго эшелона десанта. Он помог 18-й армии прорвать вражескую оборону на направлении главного удара. Опасаясь окружения, гитлеровцы к исходу 15 сентября были вынуждены начать отступление к Темрюку и Тамани. К 10 часам 16 сентября порт и город Новороссийск были полностью очищены от врага.
Из сводки Совинформбюро
от 16 сентября 1943 года:
«... Войска Северокавказского фронта во взаимодействии с Черноморским флотом сегодня штурмом овладели городом и портом Новороссийск. Несколько дней тому назад наши войска прорвали мощные бетонированные укрепления противника, ворвались в гор. Новороссийск и завязали уличные бои. В это же время корабли Черноморского флота высадили десант в порту и тем самым нанесли удар противнику со стороны моря...».
16 сентября в 20 часов в Москве был дан салют 12 артиллерийскими залпами из 124 орудий в честь доблестных войск, выбивших врага из Новороссийска. За героизм при освобождении города 19 соединениям и частям было присвоено почётное наименование «Новороссийские». 7 мая 1966 года Новороссийск был награждён орденом Отечественной войны 1-й степени, а 14 сентября 1973 года ему было присвоено почётное звание «Город-герой» с вручением ордена Ленина и медали «Золотая Звезда».