Царь и его сановники полагались на неограниченные людские и материальные ресурсы России. Однако и этот расчет оказался ошибочным. Крепостной строй оказывал губительное влияние на военный потенциал страны. Отсталая военная промышленность не могла обеспечить армию новейшим вооружением и снаряжением. Бездарность командования, казнокрадство интендантского ведомства, устаревшее вооружение и бездорожье сильно снижали боеспособность русской армии.
Крымская война началась как захватническая с обеих сторон. Если царизм стремился к захвату черноморских проливов и расширению своего влияния на Балканах, то Англия и Франция добивались полного вытеснения России с берегов Черного моря и с Кавказа. Османская империя также преследовала в этой войне свои реваншистские цели.
В начале 1853 г. Николай I, рассчитывая на поддержку Австрии и Пруссии и на нейтралитет Англии и Франции, перешел к решительному нажиму на султана. В феврале 1853 г. в Константинополь в качестве чрезвычайного и полномочного посла был направлен князь А. С. Ментиков с ультимативным требованием восстановить права русской православной церкви в Палестине, уволить в отставку настроенного профранцузски министра иностранных дел Фуад-пашу и предоставить русскому царю право покровительства православным подданным Османской империи. Посылая Меншикова, Николай I дал ему инструкцию держаться твердой позиции, если даже дело дойдет до развязывания военного конфликта.
По совету английского посла султан уступил в вопросе о "палестинских святынях", дал отставку Фуад-паше, но потребовал отсрочки для заключения конвенции о покровительстве православному населению Османской империи. В мае 1853 г. он отклонил ультиматум России, и Меншиков, объявив о разрыве дипломатических отношений, выехал со всем составом посольства из Константинополя. В это же время английская и французская эскадры подошли к Дарданелльскому проливу. Вскоре был обнародован манифест Николая I о защите православной церкви в Османской империи и об оккупации Дунайских княжеств. 21 июня русская армия в составе 82 тыс. солдат под командованием князя М. Д. Горчакова перешла р. Прут и в течение месяца оккупировала Молдавию и Валахию. 27 сентября 1853 г. султан предложил России в 18 дней очистить Дунайские княжества, а через неделю, не дожидаясь срока истечения ультиматума, началось наступление турецких войск на Дунае и в Закавказье.
18 ноября адмирал П. С. Нахимов во главе эскадры из шести линейных кораблей и двух фрегатов напал на турецкий флот в составе 14 кораблей, укрывшийся в Синопе, и во время 4-часового сражения сжег почти все турецкие корабли и разрушил береговые укрепления. Был взят в плен командующий турецкой эскадрой Осман-паша. 19 ноября генерал В. О. Бебутов одержал первую победу над наступавшими турецкими войсками в Закавказье.
Разгром турецкого флота при Синопе явился поводом для прямого вмешательства Англии и Франции. 1 января 1854 г. они ввели свои эскадры в Черное море и потребовали от России очистить Дунайские княжества. Вскоре в Варне была сосредоточена 70-тысячная англо-французская армия. В конце марта 1854 г. Англия и Франция объявили войну России. Австрия со своей стороны подписала с Османской империей договор о занятии Дунайских княжеств и придвинула к их границам 300-тысячную армию, угрожая России войной. Требование Австрии поддержала и Пруссия. Сначала Николай I ответил отказом, но в сложившейся обстановке вынужден был отдать приказ о выводе русских войск из этих княжеств, которые вскоре были оккупированы австрийскими войсками.
С момента объявления войны России Англия и Франция пытались расширить направленную против нее коалицию. Они плели сложные дипломатические интриги, чтобы вовлечь в коалицию Австрию, Пруссию, Швецию и Саксонию. Но удалось склонить лишь Сардинию, пославшую в Россию 15 тыс. солдат.
2 сентября 1854 г. войска союзников начали высадку в Крыму близ Евпатории. Вскоре на р. Альме, по пути к Севастополю, произошло первое сражение, проигранное командующим войсками в Крыму А. С. Меншиковым. Путь на Севастополь был открыт. 13 октября произошло сражение под Балаклавой, а 24 октября уже на подступах к Севастополю. Оба они были проиграны русским командованием. Началась героическая оборона Севастополя, длившаяся 349 дней. Оборону возглавили начальник штаба Черноморского флота вице-адмирал В. А. Корнилов, а после его гибели в самом начале осады - П. С. Нахимов. Выдающуюся роль в организации обороны Севастополя сыграли контр-адмирал В. И. Истомин, инженер-полковник Э. И. Тотлебен и генерал-лейтенант артиллерии С. А. Хрулев. Среди участников обороны Севастополя находились писатель Л. Н. Толстой и хирург Н. И. Пирогов.