Не раз «Владимир» с другими пароходами содействовал своим метким огнём бастионам при отражении атаки союзников. Редкий день не прикрывал «Владимир» своим огнём защитников Малахова кургана. В январе 1855 года Бутакова просил помочь В. Истомин «дальностью сокрушительных бомб».
В конце марта Бутакова произвели в капитаны 1-го ранга, теперь он командовал отрядом пароходов, который и днём, и ночью, на ходу, и на якоре «бросал бомбы на занятые неприятелем редуты». В ночь на 5 июня неприятель предпринял четвёртую атаку Севастополя. Тысячи бомб обрушились на русские позиции. Особенно досталось защитникам Малахова кургана. В вечерней мгле появился на Малаховой кургане Бутаков, разыскал Нахимова.
— Славно трудитесь на «Владимире», славно-с! — ответил адмирал, поздоровавшись.
— Ваше высокопревосходительство, — обратился к нему Бутаков, — нынче судьба Севастополя решается, на пароходе я под защитою брони и поспокойнее, чем здесь. — Бутаков кивнул на разорвавшуюся неподалёку бомбу. — Так что прошу меня зачислить на какую-либо батарею, на передовую.
Темнота скрыла черты лица Нахимова, но, судя по голосу, адмирал был недоволен:
— Нельзяс-с никак, Григорий Иванович, вас надо сохранить для будущего флота! — Голос адмирала помягчел. — Да и ваши пароходики нам подмога великая. Вот-с нынче ночью ожидаем неприятеля здесь, на Малаховой, и у Черной речки. Будьте настороже.
Действительно, в ту ночь около 14 тысяч французов-зуавов штурмовали курган. Корабельная артиллерия помогала меткими бомбовыми ударами. В этот раз неприятель был отбит.
Тем временем новый царь, Александр II, был явно против дальнейшей обороны Севастополя «до последней капли крови». Эту линию проводил и сменивший А. Меншикова генерал М. Горчаков. Но царь приказал напоследок «хлопнуть дверью», предпринять наступление. Бездарь М. Горчаков, не подготовив как следует войска, 4 августа бросил людей на верную смерть, в атаку на отвесные и неприступные Федюнинские высоты против в полтора раза превосходящих сил противника. Русские потеряли у Черной речки до 10 тысяч человек и отступили. Судьба Севастополя была решена. 27 августа неприятельские колонны двинулись со всех сторон на штурм Севастопольских бастионов. Маневрируя у Килен-балки, «Владимир» на ходу открыл губительный огонь по вражеским колоннам.
Увы, на этот раз одолел числом неприятель. Вечером 27 августа начался отход войск. Всю ночь пароходы перевозили людей и кое-какие грузы. «Владимир» в эту ночь перевёз 2490 человек. Ночью легли на дно парусники «Париж», «Храбрый», «Мария», «Чесма», «Иегудил».
В ночь на 31 августа Бутаков получил приказ затопить все пароходы. В час ночи свезли на берег команды пароходов, а в три по условному сигналу все пароходы: «Владимир», «Крым», «Херсонес», «Одесса», «Бессарабия», «Эльбрус», «Дунай», «Турок», «Грозный» — подожгли, открыв предварительно кингстоны. Морская поверхность озарилась багряными отблесками горящих кораблей, погружающихся в пучину. Подожжённый в нескольких местах «Владимир» взлетел на воздух под грохот пушек — это в последний раз выстрелили заряженные и наведённые на неприятеля орудия «Владимира», которые не удалось свезти на берег.
За отличие и мужество при обороне Севастополя Григорий Иванович Бутаков был произведён во флигель-адъютанты и награждён орденом Владимира IV степени с бантом.