К апрелю союзники имели уже 170 тысяч человек против сорокатысячного гарнизона крепости и 541 орудие, в том числе 130 тяжелых мортир. Проложив узкоколейную железную дорогу от Балаклавы (ведь союзный флот теперь безраздельно господствовал в Черном море и транспорты с вооружением, боеприпасами, снаряжением, продовольствием и техническим оборудованием свободно шли к Севастополю), противник быстро доставлял к осадным батареям все необходимое. На севастопольских батареях находилось уже 466 орудий, включая 57 мортир, но запас снарядов и пороха был ограничен: ведь русским приходилось доставлять все необходимое из континентальной России, за сотни верст, на лошадях и волах. С 28 марта (9 апреля) по 6 (18) апреля союзники провели вторую мощную бомбардировку города и укреплений. Валы бастионов, редутов и люнетов были слабыми: хотя при строительстве в их тело закладывались фашины и туры, а земля насыпалась в мешки, материал не успевал улежаться, и при попадании тяжелых ядер и взрывах огромных бомб валы просто оползали во рвы, засыпая их. Постоянно под огнем противника приходилось вести восстановительные работы, что приводило к огромным потерям, а открытые при осыпании валов пушки уничтожались вражеской артиллерией. Новый командующий русской армией в Крыму, генерал М. Д. Горчаков считал дальнейшее единоборство с артиллерией противника бесперспективным ввиду его, все возраставшего превосходства в силах и средствах. В ночь на 11 (23) мая две французские дивизии были брошены на русские траншеи перед линией бастионов Городской стороны. Траншеи 5 раз переходили из рук в руки и были оставлены только по приказу Горчакова. 26 мая (7 июня), после третьей бомбардировки 5 французских дивизий пошли в атаку на укрепления перед бастионами Корабельной стороны, и русские были вынуждены отступить. 6 (18) июня, после четвертой бомбардировки, уже 8 французских и английских дивизий (44 тысячи человек) атаковали Корабельную сторону, где держалось 20 тысяч русских солдат под командованием генерала С. А. Хрулева, но были отбиты с огромными потерями. Русская полевая армия 4 (16) августа предприняла наступление на Черной речке, чтобы оттянуть силы осаждавших. Но русские атаки были отбиты, после чего союзники начали пятую бомбардировку города. Потери севастопольцев стали превышать 1 тысячу человек в день. Предвидя потерю крепости, Горчаков начал строительство огромного наплавного моста через бухту на Северную сторону. 15 (27) августа мост был готов и испытан артиллерийскими упряжками. А 24 августа (5 сентября) англо-французы начали шестую бомбардировку огнем из 807 орудий, в том числе 275 тяжелых мортир. За 24–26 августа было выпущено по русским укреплениям около 150 тысяч снарядов, практически сравнявших валы и рвы с землей. Потери защитников составляли в эти дни по 2–3 тысячи человек. И 27 августа (8 сентября) 8 французских и 5 английских дивизий и сардинская бригада, всего около 60 тысяч человек, пошли на штурм. Гарнизон крепости в это время составлял около 40 тысяч, но большая часть солдат была отведена из-под огня на вторую линию укреплений, так что на линии бастионов Корабельной стороны оставалось всего 3–4 тысячи защитников. Внезапной атакой французы отбросили их на вторую линию. Но сосредоточенной контратакой положение было восстановлено, и только на Малаховом кургане французам удалось закрепиться. Остатки его гарнизона забаррикадировались в так называемой Волоховой башне, которую еще задолго до войны на свой счет построил из камня отставной шкипер. Но они уже ничего не могли сделать, и вскоре были вынуждены сдаться. Попытки выбить французов с этой, господствующей над городом высоты, успехом не увенчались. Между тем, установив на кургане тяжелую артиллерию, противник мог безнаказанно громить и город, и почти всю систему русских укреплений, и еще остававшиеся в бухтах русские корабли. К вечеру Горчаков приказал оставить Южную сторону, взорвав укрепления и пороховые погреба, а также наиболее крупные здания города. Обескровленный противник позволил сделать это беспрепятственно: в бою обе стороны потеряли по 10 тысяч человек убитыми и ранеными. 28 августа (9 сентября) русские заняли новую линию обороны на заранее построенных укреплениях Северной стороны.