Сражение при Альме было одним из первых, где был массированно применен рассыпной строй пехоты. Здесь также сказалось превосходство союзников в вооружении. Почти вся английская армия и до трети французской были вооружены новыми нарезными ружьями, превосходившими гладкоствольные ружья русских скорострельностью и дальностью.
Преследуя армию Меншикова, англо-французские войска 26 сентября заняли Балаклаву, а 29 сентября — район Камышовой бухты у самого Севастополя. Однако союзники побоялись с ходу атаковать эту морскую крепость, в тот момент — почти беззащитную с суши. Командующий Черноморским флотом адмирал Нахимов стал военным губернатором Севастополя и вместе с начальником штаба флота адмиралом В.А. Корниловым стал спешно готовить оборону города с суши. 5 парусных кораблей и 2 фрегата затопили у входа в Севастопольскую бухту, чтобы не пустить туда неприятельский флот. Оставшиеся в строю корабли должны были оказывать артиллерийскую поддержку войскам, сражающимся на суше.
Сухопутный гарнизон города, включавший также моряков с затопленных кораблей, насчитывал 22,5 тысячи человек. Главные же силы русской армии под командованием Меншикова отошли к Бахчисараю.
Первая бомбардировка союзными войсками Севастополя с суши и моря состоялась 17 октября 1854 года. Русские корабли и батареи отвечали на огонь и повредили несколько неприятельских судов. Англо-французской артиллерии не удалось тогда вывести из строя русские береговые батареи. Выяснилось, что корабельная артиллерия не слишком эффективна для стрельбы по наземным целям. Однако защитники города во время бомбардировки понесли немалые потери. Был убит один из руководителей обороны города адмирал Корнилов.
25 октября русская армия от Бахчисарая продвинулась к Балаклаве и атаковала английские войска, но прорваться к Севастополю не смогла. Однако это наступление заставило союзников отложить штурм Севастополя. 6 ноября Меншиков вновь попытался деблокировать город, но опять не смог преодолеть англо-французскую оборону после того, как в сражении при Инкермане русские потеряли 10 тысяч, а союзники — 12 тысяч человек убитыми и ранеными.[7]
К концу 1854 года союзники сосредоточили у Севастополя более 100 тысяч солдат и около 500 орудий. Они вели интенсивный обстрел городских укреплений. Англичане и французы предпринимали атаки местного значения с целью захвата отдельных позиций, защитники города отвечали вылазками в тыл осаждающих. В феврале 1855 года союзные силы под Севастополем возросли до 120 тысяч человек, и началась подготовка к генеральному штурму. Главный удар предполагалось нанести по Малахову кургану, господствовавшему над Севастополем. Защитники города, в свою очередь, особенно сильно укрепляли подступы к этой высоте, прекрасно понимая ее стратегическое значение. В Южной бухте были дополнительно затоплены 3 линейных корабля и 2 фрегата, закрывшие союзному флоту доступ на рейд. Чтобы отвлечь силы от Севастополя, отряд генерала С.А. Хрулева 17 февраля атаковал Евпаторию, но был отбит с большими потерями. Эта неудача привела к отставке Меншикова, замененного на посту главнокомандующего генералом Горчаковым. Но и новому командующему не удалось переломить неблагоприятного для русской стороны хода событий в Крыму.
8 период с 9 апреля по 18 июня Севастополь был подвергнут четырем интенсивным бомбардировкам. После этого 44 тысячи солдат союзных войск пошли на штурм Корабельной стороны. Им противостояли 20 тысяч русских солдат и матросов. Тяжелые бои продолжались несколько дней, но англофранцузским войскам и на этот раз не удалось прорваться. Однако непрерывные обстрелы продолжали истощать силы осажденных.
10 июля 1855 года был смертельно ранен Нахимов. Его погребение описал в дневнике поручик Я.П. Кобылянский: «Похороны Нахимова… были торжественные; неприятель, в виду которого они происходили, воздавая честь усопшему герою, хранил глубокое молчание: на главных позициях ни один выстрел не раздался во время предания тела земле».
9 сентября начался генеральный штурм Севастополя. 60 тысяч союзных войск, преимущественно французских, атаковали крепость. Им удалось взять Малахов курган. Сознавая бесполезность дальнейшего сопротивления, главнокомандующий русской армией в Крыму генерал Горчаков отдал приказ оставить Южную сторону Севастополя, взорвав портовые сооружения, укрепления, склады с боеприпасами и затопив уцелевшие суда. Вечером 9 сентября защитники города перешли на Северную сторону, взорвав за собой мост.