8 (20) октября эскадра Нахимова получила приказ выйти в крейсерство в поиск противника между Крымом и турецким побережьем. Утром 11 (23) октября четыре линейных корабля, один фрегат и один бриг вышли в море. Перед их уходом в Севастополе были получены неофициальные сведения о том, что турецким судам было приказано атаковать после 9 (21) октября русских, если они встретятся им в меньших силах, и что в Батум из Константинополя было послано три пароходо-фрегата. Нахимову поначалу запрещалось начинать военные действия первым. 18 (30) октября, уже находясь в плавании, он вновь получил переданный через вице-адмирала В. А. Корнилова высочайший приказ временно воздержаться от атак. «Нечего делать, будем ждать у моря погоды», — отреагировал на эту новость Нахимов.
В Черное море была отправлена и турецкая эскадра, состоявшая из семи фрегатов, двух корветов, двух пароходов и двух транспортов. Перед ней ставились в основном крейсерские задачи и прежде всего — вблизи побережья Кавказа. Существовала опасность повторения высадки неприятельского десанта в Абхазии, на этот раз в Сухуме. Используя преимущество в ходе, турецкие суда могли легко избежать столкновения с русскими линейными кораблями, а в случае необходимости — укрыться под прикрытием береговых батарей. Именно это и сделал турецкий адмирал Осман-паша, введя свои корабли в укрепленную гавань города Синоп.
23 октября (4 ноября), получив известие о переправе турок у Ольтеницы, генерал-адъютант князь А. С. Меншиков разрешил Нахимову начать военные действия на море. 1 (13) ноября пароход «Бессарабия», сопровождаемый фрегатом «Коварна» подошел к эскадре. По причине плохой погоды новость была передана семафором. Нахимов известил эскадру: «Война объявлена, турецкий флот вышел в море, отслужить молебствие и поздравить команду».
5 (17) ноября произошло первое морское сражение этой войны и первый в истории бой пароходов. 11-пушечный русский пароходо-фрегат «Владимир» под командованием капитана 2-го ранга Г. И. Бутакова, находясь в крейсерском плавании в районе Босфора, атаковал турецко-египетский 10-пушечный пароход «Перваз-Бахри». После более чем трехчасового боя турки сдались, корабль был полностью разгромлен, однако его машины не пострадали, а гребные колеса вполне могли действовать. Захваченный корабль был взят на буксир «Владимиром» и 7 (19) ноября приведен в качестве трофея в Севастополь. 9 (21) ноября русский парусный фрегат «Флора» был атакован тремя турецкими пароходо-фрегатами, которым не удалось использовать свое преимущество. Противнику пришлось отступить.
8 (20) ноября корабли Нахимова попали в сильный шторм, и он был вынужден отправить в Севастополь для ремонта два линейных корабля, фрегат и пароход, направленный ему незадолго до этого. В результате в эскадре осталось только лишь три линкора. С этими силами 11 (23) ноября Нахимов блокировал турок в Синопе и остался в море, ожидая прихода подкрепления. 12 (24) ноября из Севастополя вышла эскадра контр-адмирала Ф. М. Новосильского — три линейных корабля и фрегат. При выходе в море напротив Херсонесского маяка по приказу Корнилова был поднят сигнал: «Государь Император ожидает победы, а Россия всегдашней славы своего оружия». Эскадра ответила единодушным «Ура!». 16 (28) ноября эти корабли соединились с эскадрой Нахимова. В тот же день прибыл и еще один фрегат — с письмом от Меншикова. Тот сообщал вице-адмиралу о нежелательности атак портовых городов для того, чтобы избежать негативной реакции Англии и Франции. С другой стороны, уничтожение эскадры Осман-паши было также необходимо, так как ее успех под Сухумом мог поставить под угрозу русский контроль над Абхазией. Колебания Меншикова были легко объяснимы. Николай I со дня на день ожидал разрыва с Парижем и Лондоном и считал, что «крайняя осторожность необходима, чтобы быть готовыми на всё».
Вне зависимости от инструкций, логика военных действий исключала возможность учета внешнеполитических нюансов. 18 (30) ноября 1853 г. русская эскадра одержала решительную победу в Синопской бухте. Имея шесть линейных кораблей и два фрегата с 788 орудиями, Нахимов атаковал своими линкорами турецкие суда, имевшие 474 орудия. Преимущество русских в артиллерии компенсировались наличием у турок шести береговых батарей с 38 орудиями, часть из которых имела возможность стрелять калеными ядрами. Всё это, как казалось, исключало возможность атаки с моря. Кроме того, русские корабли проигрывали во времени: они должны были войти в бухту и встать на якорь под огнем противника. Приказ Нахимова заканчивался словами: «Государь император и Россия ожидает славных подвигов от Черноморского флота. От вас зависит оправдать ожидания».