Главная база Черноморского Флота в разгар крымской войны почти не имела сухопутных укреплений. Противники могли с ходу взять Севастополь. Тем более, что Меншиков, не очень заботясь о его судьбе, отступил к Бахчисараю. Но на подходе к городу у союзников возникли сомнения в успешности немедленного штурма. Решающее слово было за Сент-Арно. Но у маршала обострился давний недуг, и в таком состоянии он не смог принять правильного решения. Союзники пошли в обход бухты, чтобы создать себе морскую базу в Балаклаве. Сент-Арно вскоре умер.
Адмиралы В. А. Корнилов, П. С. Нахимов и В. И. Истомин, взявшие на себя командование Севастополем, удачно использовали неожиданную передышку. Гарнизон и население города были мобилизованы на строительство укреплений. Их схему разработали военные инженеры под руководством Э. И. Тотлебена. Наскоро сделанные укрепления иа земляных валов, траншей, мешков с песком, корзин с землей (туров) были хорошо приспособлены к местности и отвечали современным условиям боя. Англичане и французы сначала посмеивались над этими «самодельными» укреплениями, но позднее вынуждены были признать их эффективность. К тому же защитники города затопили у входа в бухту несколько судов и преградили доступ в нее вражескому флоту.
Утром 5 октября союзники начали бомбардировку Севастополя. В тот день адмирал Корнилов, объезжая бастионы, отмечал недостатки в обороне, давал указания, старался определить успешность ответного огня русских батарей. Он был смертельно ранен на Малаховом кургане. «Отстаивайте же Севастополь...», — сказал он, теряя сознание.
Бомбардировка нанесла большие потери защитникам города. Не избежали их и союзники. У них было взорвано три пороховых склада, получили повреждения некоторые корабли, участвовавшие в бомбардировке. Главное же, союзникам не удалось подавить русскую артиллерию. И потому не состоялся штурм, намечавшийся после бомбардировки.
Когда противники высадились в Крыму, Меншиков решил, что кампания проиграна. Но император требовал активных действий. Главнокомандующий правильно рассчитал, что слабым местом у союзников является Балаклава. Здесь стояли англичане, а с тыла их прикрывали турки. 13 октября русская армия сбросила турок с нескольких редутов. Затем наступление было остановлено подоспевшими англичанами. На место сражения явились Раглан и Ф. Канробер, заменивший Сент-Арно.
В подзорную трубу Раглан разглядел, что русские стаскивают с редутов турецкие пушки. Ему стало досадно. Канробер был против штурма утраченных редутов, но Раглан бросил в бой отборный полк легкой кавалерии. Отпрыски древнейших аристократических родов Англии служили в этом полку. В атаку их несли чистокровные английские лошади. Русские занимали окружающие долину холмы, цепь которых напоминала вытянутую подкову. Когда полк в нее углубился, с флангов и в лоб по нему ударила картечь. Разгром довершила русская кавалерия. Лишь при помощи французов, которые бросились на выручку, остаткам полка удалось вырваться из «долины смерти». «Атака легкой кавалерии» стала потрясением для английского общества.
Русское командование не использовало успех под Балаклавой. Через несколько дней произошло новое сражение, под Инкерманом. Оно началось удачными атаками русских войск против англичан. Но им на помощь вовремя пришли французы, а в русской армии из-за неразберихи не были задействованы резервы. Большие потери русским причиняло новейшее стрелковое оружие противников, обладавшее большей дальностью боя и скорострельностью, чем русские гладкоствольные ружья. Сражение под Инкерманом закончилось поражением русских войск.
Война приобрела затяжной характер. Союзники наращивали свои силы, получая по морю боеприпасы и подкрепления. Для русской армии проблема боеприпасов становилась все острее. Маломощная русская военная промышленность не справлялась с возросшими заданиями, обозы с боеприпасами вязли на размытых дорогах. Защитникам Севастополя приходилось отвечать одним выстрелом на 3—4 неприятельских. Поскольку сохранялась угроза со стороны Австрии, одна из армий оставалась близ юго-западной границы. После Инкермана стала вырисовываться перспектива поражения России в этой войне.
В феврале 1855 г. князь А. С. Меншиков был заменен на князя М. Д. Горчакова. Это было последнее распоряжение Николая I, находившегося при смерти. Замена главнокомандующего не внесла перелом в ход войны. Правда, зима для союзников выдалась трудной. Но весной возобновились бомбардировки. После одной из них, особенно ожесточенной, на рассвете 6 июня противники двинулись на штурм. Сразу же заговорили пушки на русских бастионах. Французы, атаковавшие Малахов курган, зашли в тыл и захватили несколько домов на Корабельной стороне. Перелом в ход сражения внесла отчаянная атака роты саперов, случайно оказавшихся рядом. Подоспевшие подкрепления выбили неприятеля с окраин города.
Англичане, шедшие на штурм Третьего бастиона, были остановлены в 400 метрах от цели. В восьмом часу утра союзное командование дало отбой. Штурм был отбит с большими потерями у нападавших. Лорд Раглан, находившийся в подавленном настроении, через несколько дней скоропостижно умер.
Много отважных людей защищало Севастополь, но среди них первое место по праву принадлежит адмиралу Нахимову. В руках Павла Степановича сходились все нити обороны. Неутомимый в своих бесчисленных заботах, простой и доступный, невозмутимо спокойный в момент опасности, он пользовался одинаковой любовью офицеров, матросов, солдат, жителей города. К нему и обращались чаще не как положено было по уставу («ваше превосходительство»), а по имени и отчеству.
Больше всего Нахимов не любил барства в армии и на флоте. «Пора нам перестать считать себя помещиками, а матросов — крепостными людьми!» — говорил он командирам.
Редели ряды защитников Севастополя. Еще в марте 1855 г. погиб ближайший помощник Нахимова адмирал В. И. Истомин. Летом, когда обстрелы участились, резко возросли потери. Подкрепления не успевали подходить. Против семидесятипятитысячного севастопольского гарнизона стояла стасеми-десятитысячная армия союзников. Полевая армия, под непосредственным командованием Горчакова, вела себя пассивно.
Сподвижники Нахимова с некоторых пор начали догадываться, что он решил погибнуть вместе с Севастополем. У адмирала появилась опасная привычка выходить на бруствер и подолгу наблюдать в подзорную трубу за неприятельскими позициями. «Ждет свинца», — с тревогой говорили солдаты. Под вечер 28 июня он приехал на Малахов курган, по обыкновению вышел на вал. Его золотые эполеты блестели в лучах заходящего солнца. «Они сегодня довольно метко стреляют», — сказал он, когда одна пуля попала рядом в мешок с песком. Другая пуля попала ему в голову. Через день он умер, не приходя в сознание.
24 августа началась новая бомбардировка, а 27-го противники вновь пошли на штурм. Теперь им удалось захватить Малахов курган. В Севастополь приехал Горчаков. Он увидел горы трупов на подступах к Малахову кургану, французское знамя на его вершине — и дал приказ к отступлению. Закончилась 349-дневная оборона Севастополя, в это время Россией правил уже другой император.