Руководил строительством сам Г.А. Потемкин, присылавший подробные ордера с конкретными указаниями. Главная его мысль: «Севастополь должен быть силен укреплением». Это военно-морской порт. Камень для стройки в основном брали из развалин Херсонеса, несколько позже его стали добывать в Инкермане. 10 февраля 1784 г. указом Екатерины II «для обеспечения безопасности границ» было поведено устроить «крепость большую Севастополь, где ныне Ахтиар, и где должны быть Адмиралтейство, верфь для первого ранга кораблей, порт и военное поселение». Севастопольская крепость планировалась «со внутренним строением, Адмиралтейством, морскими магазинами, с каменною плотиной и с тремя отдельными зданиями». В память о монаршем попечении одна из центральных улиц города получила имя Екатерининской и носила его до разрушительного 1917 г.

Начиная с 1784 г. силами солдат возводились дороги, они связывали Севастополь с Бахчисараем и другими населенными пунктами Крыма, приводились в порядок каменные мосты через многочисленные реки и ручьи. В 1785–1786 гг. дороги были закончены и вдоль них установлены каменные знаки с обозначением миль и верст, изготовленные по рисункам, присланным от Потемкина. Одна из таких миль, в виде усеченной колонны на пьедестале, сохранилась до настоящего времени на Северной стороне города. Строительство города проходило под непосредственным руководством инженера Н.И. Корсакова. Был разработан план, в соответствии с которым в августе 1785 г. намечалось развернуть работы по сооружению крепости и адмиралтейства. В это же время был составлен проект Севастополя. Для новых кварталов предназначалась свободная территория между Артиллерийской и Карантинной гаванями.

Будучи опытным военным, Потемкин, самолично обозревший Ахтиярскую гавань, видел не только ее достоинства, но и возможные трудности в обеспечении обороны Севастополя в случае осады. С беспокойством сообщал он своей венценосной покровительнице, что при всех преимуществах местоположения города «надо захватить всю длину, которая содержит около трех верст, от чего крепость вышла необъятной окружности. Чрез глубокие там овраги очень трудно и почти невозможно соединить части крепости и так защитить себя, чтоб не открыть тылу некоторых линий и самой внутренности залива прямолинейному действию неприятельских орудий».

С 1786 г. Севастополь строился под руководством капитана, а затем вице-адмирала графа М.И. Войновича, назначенного на место умершего Ф.Ф. Мекензи. О состоянии города первых лет его жизни свидетельствуют записки «севастопольского старожила»: «Севастополь за три года со время основания до путешествия императрицы Екатерины II имел всех строений не более сорока, казенных и партикулярных; в порту не было еще никаких укреплений, и адмиралтейство только еще устраивалось…»

На низменном берегу в 1785 г. была возведена каменная лестница, названная Екатерининской пристанью. Со временем она получила название Графской, в честь графа Войновича. Слева от нее располагалась одноэтажная караульня, сохранившаяся до наших дней. Напротив лестницы размещались дома Мекензи и капитанов; они имели один этаж и простые формы. С другой стороны площади находилась офицерская казарма, от нее начиналась обсаженная тополями, сливами и вишнями Балаклавская дорога. Вдоль нее располагалось несколько жилых строений и Николаевская церковь, отличавшаяся гармоничностью и стройностью пропорций.

В 1787 г. императрица Екатерина II посетила Севастополь, где ей и сопровождавшим ее послам был представлен созданный Г.А. Потемкиным Черноморский флот, с 13 августа 1785 г. находившийся в его подчинении. Снаряжала его вся Российская империя: суда строились на Воронежской верфи, Белоруссия, кроме кораблей, обеспечивала черноморцев парусиной, канатами, сукном для обмундирования, тульские и уральские оружейники трудились над изготовлением артиллерии и оружия для кораблей, помимо морских команд, в Севастополь из разных губерний было выслано несколько сот рабочих, в их числе из Петербурга 40 семейств охтинских плотников. Большую помощь оказали балтийские моряки: в новый военный порт были направлены корабли Балтийского флота, а офицерами и матросами с Балтики комплектовали экипажи Черноморского флота. К сожалению, в первые дни войны Севастопольский флот попал в жестокий шторм и был рассеян; его потеря искренне огорчила и Потемкина, и Екатерину, но светлейший приложил все усилия для восстановления Черноморской эскадры.

Заботясь о создании сильного флота, Потемкин вкладывал даже личные средства в строительство кораблей, используя ресурсы своих белорусских имений. Верфи были построены в селе Дорогокупове на реке Двине, в Полоцком наместничестве и в городе Кричеве, где также располагалась парусная фабрика и канатный завод, работающие на нужды флота. В Дорогокупове строились военные корабли — «канонерские лодки с одним на носу двенадцатифунтовым единорогом» и десантные суда, где «помещалось с гребцами по осемнадцати человек», а в случае надобности «можно было поставить на носу трехфунтовую пушку». В Велиже (согласно ведомости по Полоцкому наместничеству) суда строились «близ самого города Велижа при реке Двине, остродонные, называемые волны, разных мер по древнему заведению обычаем… в Крическом старостве купеческие суда, называемые бандаки, кои поднимают по 5 и 10 тысяч пуд». Делали корабли крестьяне князя Г.А. Потемкина, а отправляли их от местечка Кричева рекою Сожем, «а из оной Днепром в город Херсон с пенькой и канатами, а оттоль, — как сказано в документе, — возвращаются с крымской солью».

Находившийся в 1787 г. в свите императрицы французский посол Сегюр отмечал, что «несколько зданий для складки товаров, адмиралтейство, городские укрепления, 400 домов, толпы рабочих, сильный гарнизон, госпиталь, верфи, пристани торговая и карантинная — все придавало Севастополю вид довольно значительного города».

Особое значение приобрел город в период Русско-турецкой войны 1787–1791 гг. В 1786 г. был составлен план работ по строительству Севастополя, рассчитанный на 10 лет. В первый год предполагалось перевезти сюда из Херсона припасы и инструменты на первое время, построить жилье для команд, устроить кирпичные и известные заводы для обеспечения планомерной постройки замка, линий главной крепости, водопровода и водохрана, подземных стрельниц, ходов и подкопов, плотины с ее замком и маяком; к концу года закончить замок для обороны судового прохода. К четвертому году работ планировалось завершить каменную отделку крепости со всеми подземными ходами и подкопами. В девятый год необходимо было возвести публичное строение: церкви, гостиные дворы, комендантский дом и проч. Этим грандиозным планам Потемкина не суждено было сбыться: помешали постоянная нехватка средств, людей, а затем и вторая русско-турецкая война. Но город, несмотря ни на что, рос и развивался, превращаясь в могучий военный порт.

Возглавивший строительство города Ф.Ф. Ушаков в 1789 г. учредил контору Севастопольского порта. В своей записке 1792 г. он отмечал: «Госпитали на открытом же возвышенном месте и чистом воздухе вновь ныне построены… продолжают строение казарм, к ним разных пристроек… По неимению покоев для жилья господ штаб- и обер-офицеров и некоторых разных чинов служителей при Севастополе сделаны многие собственные разные строения, а также купечество российское и иностранное, большей частью из греков, имеют дома и лавки для торговли и от времени до времени умножаются».