С этого момента Корнилов на деле становится во главе защитников Севастополя, стержнем его обороны. Только напрасно ждал он от царя «свежую армию». Более того, Меншиков, не известив никого, покинул Севастополь с войсками.
Покидая Севастополь, князь назначил Корнилова начальником обороны Северной стороны, где ожидали нападение неприятеля.
Корнилов принял начальство над войсками, отдал приказ об организации обороны, назначил своим начальником штаба Истомина. «С Северной стороны, — объявил он, — ретирады нет; все, кто туда попал, ляжет навеки». Сразу он перевел морские команды на берег в связи с малочисленностью сухопутных войск. Приказами Корнилова были переформированы созданные ранее резервные батальоны, переведены с кораблей на берег десантные батальоны, созданы морские батальоны.
Спустя сутки на берегу было уже 17 флотских батальонов; общая численность их составляла 12 тысяч. Корнилов призвал на защиту города и гражданское население. «По первому призыву его о высылке рабочих людей для постройки укреплений Северной стороны, — писал современник, — весь Севастополь ожил и стал на ноги ».
Вскоре союзники изменили свои планы и отказались от атаки Северной стороны.
13 сентября неприятельская армия двинулась из долины Бельбека к хутору Мекензи. Теперь опасность угрожала не Северной, а Южной стороне, где был расположен сам город. Корнилов, не теряя ни минуты, приказал перевезти с рассветом на пароходах в город одиннадцать флотских батальонов... Святая ревность гражданина говорила и ему, что его долг не оставаться на Северной стороне.
13 сентября в Севастополе объявили осадное положение, а на следующий день Корнилову было вверено фактическое руководство всем гарнизоном. Генерал-лейтенант Моллер самоустранился от руководства и специальным приказом обязал «всех начальников войск исполнять все приказания вице-адмирала Корнилова».
Основой деятельности Корнилова в Севастополе стала забота о высоком духе защитников. Появляясь на самых различных участках оборонительной линии, он обращался с проникновенными словами к защитникам: