В отличие от атаки на Балаклаву, наступление под Инкерманом не было уже неожиданностью для союзников. Информация о подготовке к нему просочилась из дипломатических источников. Николай I сообщил о планах прусскому военному агенту, тот немедленно известил о них своего короля, один из чиновников канцелярии которого продал секретные документы британцам. Добиться запланированных результатов не удалось, хотя на первом этапе сражения наступавшие войска имели частичный успех.
Под непрерывным огнем штуцеров и артиллерии четыре полка — Бутырский и Углицкий егерские и Владимирский и Суздальский пехотные при самом деятельном и непосредственном содействии 24 батарейных и 12 легких орудий нанесли серьезное поражение англичанам. Штыками были очищены их позиции, было захвачено и заклепано шесть орудий. Уровень управления войсками оказался чрезвычайно низким. Меншиков скептически относился к идее использования штаба — в результате командиры частей не имели ни провожатых, ни надежных карт, согласование движения практически не было. Успех на английском направлении не был развит, в том числе из-за высоких потерь в офицерском составе. В самый решительный момент были убиты и ранены практически все высшие командиры русских войск. Старшим в строю остался подполковник, не имевший представления об общей задаче наступления. Ожидание приказа при отсутствии инициативы привело к потере темпа прорыва. Из-за недостатка снарядов быстро был потерян и темп огня артиллерии. Солдаты остались без командования и попросту начали бродить на захваченных позициях. Неудача англичан была компенсирована пришедшими им на помощь французами. Русские войска вообще действовали разрозненно, их наступление было отбито союзниками со значительными потерями для атакующих: 6 генералов, 256 офицеров и 10 467 солдат ранеными и убитыми против 9 генералов, 271 офицера и 4027 солдат у англичан и французов, которым всё же удалось сорвать попытку снятия блокады русской крепости.
Русское наступление было отражено, наши войска отходили в полном беспорядке, вызванном неизбежной путаницей при отсутствии старших начальников. Несмотря на то, что линия обороны союзников была восстановлена, англо-французы поначалу не были уверены ни в своей победе, ни в окончательном завершении сражения и ждали продолжения русских атак на следующий день. В английской армии осталось не более 16 тыс. штыков, часть генералов сомневалась в том, что их подчиненные выдержат еще одну такую атаку. Она не последовала: Меншиков был потрясен масштабом своих потерь — 25 октября (6 ноября) все здания на Северной стороне Севастополя были заполнены русскими ранеными. Их эвакуация и размещение стали тяжелым ударом для наших тылов.
И всё же Инкерманское сражение не было бессмысленным. 24–30 октября (5–11 ноября) город находился под интенсивным огнем неприятеля, который наиболее активно действовал против 4-го бастиона. Гарнизон ежедневно расходовал от 800 до 1,2 тыс. пудов пороха и терял в артиллерийских дуэлях от 150 до 200 человек. С 31 октября (12 ноября) их интенсивность пошла на убыль. Убедившись в том, что атака не возобновится, союзники вынуждены были начать строить земляные укрепления для прикрытия своего тыла, что значительно увеличило нагрузку на их армии. Меншиков после Инкермана опять, как и после Альмы, перестал верить в возможность достижения успеха под Севастополем. Князь опять начал думать о том, как не потерять весь Крым. Неуверенность в победе витала в обществе. Узнав о результатах сражения, император отправил Меншикову письмо: «Не унывать, любезный Меншиков, начальствуя севастопольскими героями, имея в своем распоряжении 80 000 отличного войска, вновь доказавшего, что нет ему невозможного, лишь бы его вели как следует и куда должно; но с такими молодцами было бы стыдно думать о конечной неудаче! Скажи вновь всем, что Я ими доволен и благодарю за прямо русский дух, который, надеюсь, никогда в них не изменится. Ежели удачи досель не было, как мы смели ожидать, то Бог милостив, она быть еще может».