19 сентября Ставка Верховного Главнокомандования подчинила Азовскую флотилию Северо?Кавказскому фронту. Оставив отряд из Мариупольской военно?морской базы в Осипенко, чтобы прикрыть фланг Южного фронта, основные силы Горшков направил для операций у Таманского полуострова. Был высажен десант у Темрюка. К 9 октября войска Северо?Кавказского фронта при поддержке сил флотилии очистили от противника весь полуостров. За успешные действия Азовская флотилия получила благодарность Верховного Главнокомандования.
12 октября Ставка Верховного Главнокомандования предписала Северо?Кавказскому фронту провести высадку на Керченском полуострове и создать плацдарм в Крыму. Было решено, что 56?я армия на судах Азовской флотилии займет северо?восточную часть полуострова и город Керчь. Горшков договорился с командующим армией о высадке после артиллерийской и авиационной подготовки двух десантов за ночь на одних и тех же плавсредствах. В каждом десанте была дивизия с подразделениями морской пехоты, которая первой ступала на берег. После занятия плацдарма следовало перебрасывать остальные силы армии. Штабы армии и флотилии совместно спланировали операцию и провели подготовку. Были проверены границы минных заграждений противника и протралены проходы, оборудованы пристани для погрузки войск, обеспечены разведка, связь, навигационная обстановка и т. д. Войска познакомили с порядком высадки и подготовили морально.
В ночь на 1 ноября корабли Черноморского флота, несмотря на шторм, высадили часть десанта у Эльтигена. Однако неприятель блокировал десант. Суда Азовской флотилии 1 ноября из?за плохой погоды укрылись в ближайших портах, что помогло командующему сохранить силы. Высадку произвели в ночь на 3 ноября. Когда основные суда вошли в Керченский пролив, по сигналу командира высадки началась авиационная и артиллерийская подготовка. При поддержке кораблей флотилии десант благополучно достиг берега и после полуночи перешел в наступление. Тем временем освободившиеся суда перебрасывали на плацдарм подкрепления и возвращались к косе Чушка с ранеными. 3 ноября к 13 часам все войска были на берегу. Флотилия приступила к снабжению высаженных войск. Суда под ударами противника ходили днем и ночью через Керченский пролив, на ходу заделывая пробоины. 165 суток авиация, морские и наземные силы флотилии вели борьбу с неприятелем, пытавшимся прервать перевозки, и поддерживали действия войск на плацдарме.
В декабре—январе флотилией временно командовал контр?адмирал Г.Н. Холостяков. С начала февраля 1944 года в командование флотилией вновь вступил С.Г. Горшков. В этот период над Керченским проливом шли бои с германской авиацией, пытавшейся прервать перевозки для Отдельной Приморской армии. В апреле, когда армия перешла в наступление, флотилия непрерывно доставляла на плацдарм все необходимое. Кроме того, моряки обеспечивали траление на Азовском море. 11 апреля 1944 года войска Отдельной Приморской армии освободили Керчь, через три дня прорвали Ак?Монайские позиции и полностью очистили от неприятеля берега Азовского моря. Среди отличившихся при взятии Керчи были упомянуты моряки Азовской флотилии под командованием С.Г. Горшкова.
С 20 апреля по 12 декабря 1944 года С.Г. Горшков командовал Дунайской флотилией, которая поддерживала советские войска в наступлении по Восточной Европе. Флотоводец в полной мере научился выполнять сложные задачи, руководя соединением, в которое входили самые разные суда, умело планировал операции, координировал действия судов с авиацией и сухопутными войсками. В организационный период флотилия тралила мины и проводила подготовку кораблей, сбор информации и изучение обстановки. В июле—августе моряки готовились к наступлению. В ночь на 22 августа флотилия скрытно, без артподготовки, форсировала Днестровский лиман. Высаженный десант вскоре овладел Аккерманом.
Командующий и в этой, и в последующих операциях использовал методы, ведущие к победе: тщательное планирование и подготовка, внезапность и стремительность действий, отработанное сотрудничество различных сил флотилии между собой и с сухопутными войсками. Он требовал от штаба четкого руководства действиями и сам нередко выезжал на места.
24 августа корабли прорыва при поддержке авиации и торпедных катеров вошли в Килийское гирло Дуная, заняли Вилково, Килию, Тульчу и другие населенные пункты, а бронекатера направились вверх по Дунаю, освобождая берега от противника. 25 августа был взят Измаил. Стремительно наступая, нередко моряки захватывали порты до того, как к ним подходили войска фронта. 27 августа флотилия выполнила задачу, овладев руслом реки до Галаца. 31 августа бронекатера флотилии заняли остров Змеиный. 27–29 августа по требованию Горшкова капитулировали суда Румынской речной дивизии.