С началом военных действий сразу обозначилось военно-техническое отставание России по сравнению с Англией и Францией. Военных заводов в России было очень мало. Оборудовались они примитивной техникой и обслуживались непроизводительным крепостным трудом. В результате русская армия постоянно страдала от недостатка в вооружении, боеприпасов и снаряжения. Новые образцы оружия почти не вводились. Англичане и французы имели на вооружении нарезные ружья, бившие на 1200–1300 шагов. Гладкоствольное ружье русского солдата било лишь на 300 шагов. Поэтому русские войска несли большие потери от ружейного огня противника. На низком уровне находилась военно-техническая подготовка войск. Пагубно на ведении боевых действий отражалось отсутствие современных транспортных средств. Войска проделывали тысячеверстные переходы пешком, а оружие и боеприпасы перевозились на волах. На море русский парусный флот заметно уступал паровому флоту Англии и Франции.
В сентябре 60-тысячная англо-французская армия высадилась вблизи Евпатории и двинулась на юг. Главнокомандующий русской армии в Крыму А. С. Меншиков, не сумев задержать продвижение противника, отошел к Севастополю, а затем к Бахчисараю. В Севастополе остался небольшой гарнизон, который вместе с военными моряками насчитывал 32 тыс. человек. В середине октября 1854 г. к Севастополю подступила 150-тысячная англо-французская армия. Началась длительная осада города. Обороной Севастополя руководил адмирал В. А. Корнилов. После его смерти 17 октября 1854 г. оборону города возглавил адмирал П. С. Нахимов. Несмотря на исключительно трудные условия обороны, героический севастопольский гарнизон продержался против союзной армии 349 дней, выведя из строя 73 тыс. неприятельских солдат и офицеров. 10 июля 1855 г. был смертельно ранен Нахимов. 8 сентября 1855 г. союзники заняли господствовавший над городом Малахов курган, после чего дальнейшее сопротивление стало бесполезным. В тот же день остатки севастопольского гарнизона затопили сохранившиеся корабли, взорвали уцелевшие бастионы и оставили город. Падение Севастополя решило исход Крымской войны. Россия потерпела поражение, которое стало следствием военно-технической и общей экономической отсталости страны в сравнении с главными капиталистическими державами Западной Европы.
30 марта 1856 г. в Париже был подписан мирный договор с участием России, Франции, Англии, Австрии, Турции и Сардинии. Россия теряла устье Дуная, Южную Бессарабию, а также право иметь на Черном море военный флот и прибрежные военно-морские базы. Покровительство православным христианам в Турции и в Дунайских княжествах передавалось в руки всех великих держав. Территории, оккупированные во время войны, подлежали обмену. Поэтому Россия возвращала Турции захваченный в ходе войны Карс, а союзники — Севастополь, Евпаторию и другие занятые ими русские города.
За год до этого, 18 февраля 1855 г., скончался император Николай I. В предсмертном обращении к своему сыну Александру он сказал: