Меншиков после сражения отступил на Севастополь, где принял единственное правильное решение и 22 сентября 1854 г. вывел свою армию к Бахчисараю, обеспечив, таким образом, защиту связи и снабжения полуострова от угрозы со стороны противника.

Севастополь вступил в боевые действия, будучи неподготовленным к обороне с суши, имея лишь старые и несколько строившихся укреплений на Южной стороне со 145 орудиями. Прикрытие со стороны моря обеспечивалось 13 береговыми батареями, а также кораблями Черноморского флота, уступавшими союзникам по численности и качеству.

Воспользовавшись тем, что англо-французское командование не решилось атаковать город сходу, начальник штаба Черноморского флота вице-адмирал В.А. Корнилов и командующий эскадрой вице-адмирал П.С. Нахимов, возглавившие оборону города, приняли срочные меры по ее усилению. 23 сентября 1854 г. у входа в Северную бухту были затоплены пять старых парусных кораблей. С кораблей на сушу была снята часть орудий, а из экипажей сформировано 22 батальона.

За первые три недели Севастопольской обороны под руководством инженер-подполковника Э.И. Тотлебена было построено 20 укреплений, а численность артиллерии только на южной стороне города была доведена до 341 орудия против 144 у противника. В результате этих мер в короткий срок была создана глубоко эшелонированная оборона, позволившая эффективно использовать силы и средства, в том числе морскую и береговую артиллерию.

Соотношение сил позволяло противнику рассчитывать на взятие города штурмом после мощной бомбардировки с суши и с моря. К этому времени у противника под Севастополем было 67 тысяч войск, а в гарнизоне города 36,6 тысячи солдат и матросов.

Первый штурм Севастополя планировался на 5 октября 1854 г., по ограничился бомбардировкой города. 13 октября 1854 г., ровно через неделю после начала бомбардировки Севастополя, русская армия атаковала Балаклаву — основную базу снабжения англичан. Русские войска взяли 11 орудий и множество мелких трофеев, но Балаклава осталась в руках противника.

Воодушевившись этим успехом, 24 октября 1854 г. Меншиков провел наступление на Инкерман с целью снять блокаду Севастополя. Добиться успеха не удалось. Русские войска действовали разрозненно, и в результате наступление было отбито союзниками со значительными потерями для атакующих — до 11 тыс. ранеными и убитыми.

В конце января 1855 г. к антирусской коалиции присоединился Пьмонт. 15-тысячный сардинский корпус позволил несколько компенсировать союзникам потери.

18 февраля 1855 г. скончался император Николай I, на престол вступил его сын Александр II.

С конца марта по начало апреля 1855 г. союзники произвели вторую бомбардировку Севастополя, выпустив 160 тыс. снарядов. Русские войска ответили 89 тысячами снарядов, главным образом из-за недостатка пороха. Имея уже 120-тысячную армию против 48,5 тыс/ русских войск, противник, тем не менее, на штурм не решился.

Третья бомбардировка англо-французскими войсками была проведена с 25 по 30 мая 1855 г. из 588 орудий. Сорокатысячная армия атаковала передовые укрепления русских, захватив Селенгинский, Волынский редуты и Камчатский люнет. Только потеряв большую часть защитников этих укреплений, русские войска отошли.

5 июня началась четвертая бомбардировка Севастополя. Враг выпустил 62 тысячи снарядов. Полагая, что позиции русских войск разрушены, союзники решились 6 июня на штурм Корабельной стороны. Но благодаря умелому взаимодействию защитников города на суше и с пароходами на море французские войска были остановлены. Союзники потеряли свыше семи тысяч человек, русские войска — свыше пяти тысяч.

Александр II требовал от русского главнокомандующего в Крыму генерала М.Д. Горчакова (в феврале 1855 г. назначен главнокомандующим военно-сухопутными и морскими силами в Крыму, в декабре 1855 г. отстранен от должности) перейти в решающее наступление на позиции союзников с целью деблокады осажденного города. 4 августа 1855 г. на Черной речке англичане и французы, используя преимущество обороны на хорошо подготовленных позициях, отбили русскую атаку со значительными потерями для наших войск, доходившими до 10 тыс. человек. Общая потеря союзников не превысила 1800 человек.

Пятая бомбардировка Севастополя началась 5 августа 1855 г. и продолжалась пять дней. Из строя ежедневно выходило по 600–700 человек. Русская артиллерия не уступала неприятелю по числу орудий (1200 орудий против 1100), но отсутствие боеприпасов сводило это равенство к отрицательному соотношению.

Впоследствии союзники провели еще пять бомбардировок Севастополя, используя тяжелую артиллерию, численность которой возрастала. Отражая атаки противника, севастопольцы успешно вели контрбатарейную и минную войну, предпринимали небольшие вылазки. Однако соотношение сил постоянно сохранялось в пользу неприятеля. К маю 1855 г. союзные войска насчитывали 175 тысяч человек против 85 тысяч человек, оборонявших Крым (из них 43 тысячи в Севастополе). Это позволило англо-французским войскам перейти к более активным действиям.

Самая мощная — шестая бомбардировка Севастополя — началась 24 августа. Из 307 орудий было выпущено 150 тысяч снарядов. Оборонительные укрепления в Севастополе были разрушены, ежедневные потери защитников составляли 2–3 тысячи человек. 27 августа штурм города одновременно с разных направлений начали 13 дивизий союзников (около 60 тысяч человек) против 40-тысячного гарнизона.

После упорных боев англо-французские войска 27 августа овладели Малаховым курганом — основным звеном города. К исходу дня русские войска оставили Южную сторону, переправившись в ночь на 28 августа на Северную сторону, соединившись впоследствии с основными силами армии Меншикова.

Планомерный отход русской армии с артиллерией и тылами в течение одной ночи являлся одним из беспримерных случаев в военной истории России.

349-дневная оборона Севастополя — пример умелой организации активной обороны, основанной на совместных действиях сухопутных войск и флота в защите города. Несмотря на превосходство противника в численности войск, вооружении и в их качестве, глубоко эшелонированная оборона и подготовленная система артиллерийского огня в совокупности с инженерными сооружениями позволили оборонявшимся отстаивать город в течение длительного периода.

Лишь 27 августа 1855 г. французам удалось, наконец, взять господствующий над городом Малахов курган, после чего Севастополь стал беззащитен.

За время обороны Севастополя потери противника составили около 73 тысяч человек убитыми и ранеными, не считая больных и умерших от болезней. Потери русских войск составили около 102 тысяч человек (Крымская (Восточная) война 1853–1856 гг. (К 150-летию начала войны). Научно-практическая конференция. СПб. 2004. С. 33). Цифры далеко не абсолютны и во многом разнятся от данных приведенных в других источниках. Даются следующие потери: у русских выбыло из строя 128 669 человек (под Севастополем —102 669 человек), у союзников — 63 500 человек (под Севастополем — 54 тыс. человек) (Военная энциклопедия. Т. VII. СПб., 1912. С. 56–57). По другим данным, потери только французов с 19 сентября 1854 г. по 28 сентября 1855 г. от холеры и тифа составили 63 тыс. человек, а общее количество потерь достигло 100 тыс. человек (Айрапетов Олег. Указ. соч. С. 207). Пик потерь выпал на зиму 1855 г. — прекрасно подготовленная кадровая британская армия, невзирая на улучшенное к этому времени состояние санитарного обеспечения, уже была уничтожена болезнями, слабо обученные подкрепления не смогли компенсировать эти потери. И еще одни цифры: Россия понесла огромные потери — больше 522 тыс. человек (Военный энциклопедический словарь. М., 1984. С. 379). Явно завышенные цифры. Но борьба за Севастополь истощила и силы союзников. Они потеряли в Крымской войне до 350 тыс. человек. По другим данным, турки — до 400 тыс., англичане и французы — около 120 тыс. После годичной осады Севастополя союзники уже не надеялись разгромить Российскую империю (Крымская (Восточная) война 1853–1856 гг. (К 150-летию начала войны). Научно-практическая конференция. СПб., 2004. С. 71–72). Силы противников были истощены, но нельзя было забывать и о моральном духе русского солдата, который очередной раз воевал на своей земле. К январю 1856 г. в действующих войсках вместе с ополчением числилось 2,3 млн человек, армия мирного времени была увеличена более чем в 2,5 раза, которая готова была сражаться.