2 сентября 1854 года близ Евпатории высадилась 60-тысячная армия союзников. На реке Альме ее встретил князь Меншиков всего с 35 тысячами человек и, после неудачного боя, отступил на юг, к Севастополю, защита которого была в руках прославившихся впоследствии военачальников Корнилова, Нахимова и Тотлебена. Гарнизон Севастополя состоял всего из 11 тысяч человек, и укрепления были лишь с одной приморской стороны, а с юга и севера крепость была почти беззащитна. Поддержанные сильным флотом, союзные войска взяли штурмом северную часть Севастополя и могли скоро овладеть и южной. Чтобы не допустить неприятельский флот на южную сторону, Меншиков распорядился затопить на рейде суда черноморской эскадры, орудия и команды которых были переведены на берег для усиления гарнизона. Кроме того, южная сторона лихорадочно укреплялась день и ночь.
5 октября начался обстрел города союзной артиллерией, выпустившей около 59 тысяч снарядов. Один из главных защитников, Корнилов, был смертельно ранен ядром в тот момент, когда спускался, после осмотра позиций, с Малахова кургана. Осажденный гарнизон отвечал неприятелю, и первая бомбардировка не принесла союзникам больших результатов. От штурма они отказались и повели усиленную осаду.
С наступлением зимы военные действия затихли. Император собрал ополчение и послал его в помощь защитникам Севастополя. Для поддержания бодрости в русскую армию прибыли великие князья Михаил и Николай Николаевичи.
В феврале военные действия возобновились, причем, по приказу императора, русские войска перешли в наступление близ самого возвышенного в Севастополе пункта – Малахова кургана. С ближайших к нему холмов удалось сбить несколько неприятельских отрядов, и Тотлебен тотчас же укрепил занятые холмы.
Среди этих событий император Николай Павлович скончался – 18 февраля 1855 года. Вся Россия, а защитники Севастополя особенно, оплакивала усопшего монарха. Но война продолжалась и при преемнике государя, Александре П. Осадные и оборонительные работы с обеих сторон шли до конца марта; 28-го этого месяца союзники начали бомбардировку с суши и продолжали ее до 1 апреля, затем скоро опять возобновили ее, и только 7 апреля осажденные вздохнули свободнее. В составе их произошли большие перемены. Адмирал Истомин был убит. На место князя Меншикова император Александр II назначил князя Горчакова. В свою очередь и у союзников французский главнокомандующий Канробер был заменен генералом Пелисье.
Понимая, что Малахов курган – ключ обороны Севастополя, Пелисье направил все усилия на овладение им. 26 мая, после ужасной бомбардировки, французы взяли в штыки ближайшие к Малахову кургану укрепления. Оставалось овладеть самим курганом, но это оказалось труднее, чем предполагали нападавшие. 5 июня началась канонада, 6 июня был произведен штурм, но неудачно: генерал Хрулев отбил все атаки, неприятель должен был отступить и еще целых 3 месяца вел борьбу из-за кургана, около которого теперь сосредоточились все силы обеих сторон. 8 июня у защитников крепости выбыл раненый руководитель обороны Тотлебен, а 27 июня их поразила новая тяжелая потеря: Нахимов был смертельно ранен в висок и через три дня скончался.
4 августа Горчаков начал наступление на позиции неприятеля у Черной речки, а на другой день дал там бой, окончившийся для русской армии неудачно. После этого, с 6 августа, Пелисье начал бомбардировку города и продолжал ее непрерывно 20 дней. Горчаков убедился, что оборонять Севастополь дольше немыслимо и в случае нового штурма крепость будет взята. Чтобы неприятелю ничего не досталось, стали подводить мины под все укрепления, а для перевода войск построили плавучий мост через рейд.
27 августа, в 12 часов дня, неприятель двинулся на Малахов курган и после ужасного боя овладел им, причем генерал Хрулев, главный защитник, был ранен и едва не взят в плен. Русские войска тотчас же стали уходить по мосту на северную сторону, оставшиеся суда были затоплены, а укрепления взорваны. После 349 дней упорной обороны и множества кровопролитных боев неприятель овладел крепостью, представлявшей груду развалин.
После занятия Севастополя союзники приостановили военные действия: наступления внутрь России они не могли начать, не имея обозов, а сражения на открытой местности князь Горчаков, укрепившийся с армией близ взятой крепости, не принял. Зима совсем прекратила военные операции союзников в Крыму, так как в армии их начались болезни.