צי הים השחור הסובייטי מילא תפקיד פעיל יותר במלחמה. עד קיץ 1942 הוא פעל מבסיסיו בחצי האי קרים, ומילא תפקיד מרכזי בעמידה של אודסה ולאחר מכן של סבסטופול במצור של כוחות הציר, ובפינוי הכוחות הסובייטיים מאודסה. לאחר השלמת כיבוש חצי האי קרים בידי הגרמנים המשיך צי הים השחור לפעול, ולתקוף את התעבורה הימית הגרמנית והרומנית בים השחור מבסיסיו בקווקז. במהלך שחרור חצי האי קרים על ידי הצבא האדום במאי 1944 גרם צי הים השחור אבדות כבדות לספינות, שניסו לפנות את שרידי כוחות הציר מקרים, ולאחר מכן השתתפו כוחותיו במתקפה הסובייטית, שהביאה לכיבוש רומניה ולהוצאתה ממחנה מדינות הציר (מבצע יאשי-קישינב).