De enero a marzo de 1942, fue Jefe de Estado Mayor del Frente de Crimea. Fue destituido de su cargo el 10 de marzo de 1942 después de que el comisario político Lev Mekhlis escribiera un informe especialmente crítico a Stalin, acusando a Tolbujin de liderazgo inepto en la conducción de las tropas durante la fallida ofensiva en la península de Kerch. Paradójicamente, esta decisión salvó a Tolbujin dos meses después, cuando las tropas del Frente de Crimea sufrieron un desastre durante la sangrienta Batalla del Estrecho de Kerch