Первые действия севастопольского флота под начальством адм П. С. Нахимова были очень удачны. Вместе с адм. Корниловым ему удалось уничтожить почти всю турецкую эскадру, стоявшую у Синопа. Этот успех вызвал вмешательство коалиции европейских держав из Англии, Франции, Турции, а позднее и Сардинии. 8-го сентября 1854 г. союзная 68-тысячная армия высадилась у Евпатории. Разбив в сражении на р. Альме русскую армию кн. Меньшикова, союзники двинулись к Севастополю, сопутствуемые эскадрой. По постановлению созванного в Севастополе военного совета для преграждения входа в Севастопольскую бухту был затоплен севастопольский флот, состоявший из линейных кораблей, фрегатов и корвета, команда же и орудия с них употреблены для усилении малочисленного войска, которое вместе с нею насчитывало едва 16 тыс. защитников. 14 сент. неприятель перешел Черную речку и занял южную часть Херсонесского полуострова от Балаклавы до Камышевой бухты. В Балаклаве обосновались англичане, а близ Камышевой бухты вырос французский городок Камьеш.
Защитники Севастополя деятельно окружали себя цепью земляных укреплений, сооружением которых руководил знаменитый инженер ген. Тотлебен. Ряд бастионов и батарей опоясал город, начинаясь от Артиллерийской бухты и оканчиваясь у Ушаковой балки (за нынешней Корабельной слободкой). Наиболее важными пунктами этих укреплений были расположенные с двух сторон Южной бухты 4-й бастион на высоком холме, занятом нынешним Историческим бульваром, и 3-й – на восточной стороне бухты, а также Малахов курган над Корабельной слободкой. Батареи французской армии находились на расстоянии 450 саж. против 4-го и 5-го бастионов. 5-го октября неприятель произвел первую бомбардировку города с суши и с моря, выпустив по расчету Тотлебена до 59 тыс. снарядов и пустив в действие 1.364 орудия. При этой бомбардировке был почти уничтожен 3-й бастион, смертельно ранен на Малаховом кургане адм. Корнилов и выбыло из строя 1.112 защитников города. Потери неприятеля были тоже очень значительны.
13 октября кн. Меньшиков с целью отвлечения сил неприятеля составил особый чоргунский отряд, который атаковал передовые позиции англичан и взял Чоргунское укрепление. 24-го октября Меньшиков дал сражение на Инкерманских высотах, окончившееся для русских неудачно. Французы сосредоточили свои силы против 4-го бастиона, оградившегося достаточным количеством траншей и ложементов. Предвидя попытки взорвать бастион минами, Тотлебен окружил его сетью подземных колодцев и галерей, длина которых простиралась на 6 верст, и уничтожил подземные работы французских минеров. Безуспешность действий против 4-го бастиона заставила французов сосредоточить свои силы против Малахова кургана. Удержать этот пункт, по своему местоположению являющийся как бы ключом к городу, было особенно важно. В виду этого Тотлебен окружил его рядом укреплении, из которых по берегам бухты Килен шли Селенгинский и Волынский редуты, а за Малаховым курганом устроен Камчатский люнет. 7-го марта на последнем люнете оторвало голову адм. Истомину.
Второе бомбардирование города, продолжавшееся 10 дней, было начато французами 28-го марта. За это время ими было употреблено 482 орудия и 130 мортир. После двух жестоких бомбардировок (25-го мая и 5-го июня) союзники 5-го июня сделали неудачную попытку штурмовать Малахов курган. Потерпев неудачу они еще два слишком месяца продолжали бомбардировать город из 168 батарей. У защитников Севастополя давал себя знать недостаток снарядов и войска, а кроме того выбывали из строя лучшие руководители обороны. 28-го июня был смертельно ранен на Малаховой кургане адм. Нахимов и раненый лежал душа обороны ген. Тотлебен. Новая попытка для отвлечения сил атаковать неприятеля на Федюхиных высотах потерпела неудачу. 27-го августа, после жестокого штурма, которому предшествовала пятидневная бомбардировка, был занят неприятелем Малахов курган. Видя полную безнадежность дальнейшей защиты города главнокомандующий кн. Горчаков перевел войска по построенному на плотах мосту через Большой рейд на Северную сторону, взорвав предварительно Павловскую батарею, находившуюся на мысу между Корабельной и Северной бухтами. 28 августа неприятель занял Севастополь на 349-й день осады.