Пятого октября в 6.30 русские батареи открыли огонь, упреждая противника, в семь часов тот начал отвечать. Грохот орудий, свист ядер и разрывы бомб слились в невообразимый гул. Больше всего досаждали пушки, стоявшие на Рудольфовой горе — оттуда снаряды и ядра летели сразу на 4-й, 5-й и 6-й бастионы. Корнилов с адъютантами, приехав на 4-й бастион, застал там страшное разрушение: траверсов — земляных насыпей для прикрытия от флангового огня — ещё не успели сделать, и артиллеристы рядами ложились под ядрами, раненых и убитых едва успевали класть на носилки. Батальоны, сформированные из моряков, толпами стояли посреди бастиона, и каждое попадание в эту густую массу выкашивало из неё десятки людей разом.

Корнилов отдал необходимые распоряжения и отправился на соседний 5-й бастион, где был Нахимов. По бастиону английские и французские батареи вели перекрёстный огонь, и разрушения там были не меньшие, чем на 4-м бастионе. «Оба адмирала следили за действием наших орудий, стрелявших против французских батарей, и преспокойно разговаривали. У адмирала Нахимова была лёгкая рана на лице, которой он и не заметил, кровь у него текла, и белый Георгиевский крест на шее сделался совершенно красным»310, — вспоминал князь В. И. Барятинский. В следующее мгновение неприятельское ядро взрыло землю рядом с адмиралами, так что Барятинский едва успел дёрнуть обоих за полы сюртуков. Другое ядро пролетело мимо, оторвало голову артиллеристу и обдало кровью и осколками черепа стоявшего рядом другого флаг-офицера, И. Лихачёва. «Скажите, что со мной? — обратился он к Барятинскому. — Мне тепло лицу, и я не понимаю, что такое».

Князь обтёр ему лицо полой шинели и объяснил, что произошло. Первой реакцией Лихачёва было естественное отвращение, потом он попросил папиросу и прикурил от дымящегося фитиля. Во время этой жуткой сцены оба адмирала продолжали невозмутимо беседовать.

В следующий момент Нахимову доложили, что с моря подходят неприятельские корабли, и он поспешил на «Двенадцать апостолов». В подзорную трубу он увидел, как приближалась эскадра: впереди шли корабли под французскими флагами, за ними турецкие и английские, парусов не ставили — был полный штиль, корабли буксировались пароходами. Стоявший рядом с Нахимовым ординарец принялся считать — да сбился: «...некогда, да и ни к чему. О соразмерности сил невозможно было и думать; следовало сражаться с врагами, сколько их ни было». Нахимов ожидал, что флот начнёт бомбардировку города одновременно с началом действия батарей, а затем войска пойдут на штурм — именно так действовал бы он сам. Но в это время французский вице-адмирал Фердинанд Гамелен никак не мог договориться с английским адмиралом Дандасом, что следует сделать раньше — начать обстрел севастопольских фортов или встать на якоря. Когда же они, наконец, договорились, батареи уже замолчали; к тому же корабли встали на таком расстоянии от берега, что бо́льшая часть выпущенных ими бомб и снарядов легла в бухту.

Свой огонь они направили на Александровскую батарею и батарею № 10, которая выдавалась далеко вперёд. После первых же выстрелов всё покрылось густым дымом, и увидеть что-либо было сложно. И всё же Нахимов заметил: 10-я батарея перестала стрелять. Неужели все погибли? Если противник поставит рядом свои корабли, то может беспрепятственно обстреливать город. Нахимов направил туда отряд охотников, чтобы они в случае необходимости заменили орудийную прислугу. Каково же было их удивление, когда они нашли всех на батарее живыми; оказалось, орудия за многочасовую стрельбу раскалились настолько, что не помогало даже обливание их водой, и потому артиллеристы решили на время прекратить пальбу.

В тот день по городу было выпущено 50 тысяч снарядов с кораблей и ещё до девяти тысяч с осадных батарей. Эта была первая бомбардировка Севастополя — и его первая победа: город выстоял, неприятель так и не решился перейти к штурму. Корабли уходили с пробоинами в бортах, перебитым рангоутом, потеряв 900 человек, не считая турок — им союзники учёт не вели.

Севастопольцы ответили шестнадцатью тысячами выстрелов орудий береговых батарей и ещё двадцатью тысячами с оборонительной линии. Потери защитников города составили 1250 человек, один из них — контр-адмирал Корнилов.

В начале двенадцатого часа он приехал на Малахов курган, где положение было очень тяжёлым. Курган находится на Корабельной стороне, его первое укрепление — башню — построили на деньги, собранные севастопольскими купцами, но в отличие от башни Волохова она была слабо защищена. В сентябре под руководством контр-адмирала Истомина и полковника Ползикова по обеим сторонам башни поставили две батареи — 17-ю и 18-ю, по направлению к Доковому оврагу прорыли траншею и построили на южной стороне кургана ещё одну батарею, которую все называли по имени её командира батареей Жерве; для укрепления позиций соорудили два бастиона и тоже соединили их траншеями. Благодаря этим работам, спланированным Тотлебеном, башня, по признанию неприятеля, «утроила своё значение» и Малахов курган не только стал центром обороны Корабельной стороны, но и превратился в ключевую позицию обороны всего города. Поэтому на него и был направлен основной удар.

Увидев Корнилова, матросы прокричали громовое «ура!», но он остановил их.

— Будем кричать «ура!», когда собьём английские батареи, — сказал он, указывая на Рудольфову гору. В этот момент неприятельское ядро ударило ему в ногу. Флаг-офицеры бросились к нему, подняли на руки, уложили на носилки.

— Отстаивайте же Севастополь! — это были последние слова Корнилова, обращённые к севастопольцам.

Нахимов тяжело переживал смерть друга; он полагал, что замены Корнилову нет. В тот день он писал Метлину: «Николай Фёдорович! Владимир Алексеевич не существует. Предупредите и приготовьте Елизавету Васильевну. Он умер как герой. Завтра снова дело. Я не знаю, что будет с Севастополем без него — и на флоте, и в деле на берегу. Получил две царапины, о которых не стоит и говорить. У нас без Владимира Алексеевича идёт безначалие».

С курьером он отправил вдове Корнилова шкатулку с его бумагами, которую опечатал в присутствии двух офицеров. Близкие к Корнилову люди знали, что тот вёл дневник, где было много нелестных замечаний о командовании флота и армии, особенно о Меншикове. Поэтому Нахимов сделал всё, чтобы эти бумаги оказались у семьи покойного. «Что будет завтра и кто будет жив — не знаю. Ожидаю в ночь атаки и абордажа кораблей и фрегатов пароходами и шлюпками. Атака с берега умолкла, и я еду в ночь на эскадру отражать нападение. На кораблях 150 человек, вооружённых пиками, тесаками и интрепелями, а на фрегатах только 60 человек с тем же вооружением».

Отпевали Корнилова