Для управления войсками и работами с 20 сентября оборонительную линию разделили на четыре отделения. Первое и второе на Городской стороне сохранили без изменений и под прежним командованием. Линию обороны Корабельной стороны разделили на две части. От Городской высоты до Докового оврага был участок третьего отделения с главным опорным пунктом — третьим бастионом; начальником отделения назначили вице-адмирала Панфилова. От Докового оврага до рейда протянулось четвертое отделение под командованием контр-адмирала Истомина; основными укреплениями на этом участке были Малахов курган, первый и второй бастионы.
Войска гарнизона распределили следующим образом: на Городской стороне сосредоточилось около 13 тысяч человек и 24 полевых орудия; на Корабельной стороне — около 11 тысяч человек и 8 полевых орудий. Однако в ходе боевых действий осуществить переброску части войск с Городской на Корабельную сторону и обратно было бы крайне затруднительно. Чтобы обеспечить необходимый быстрый маневр войсками, по приказанию вице-адмирала Нахимова через Южную бухту соорудили наплавной мост, использовав различные малые суда и плоты.
Вице-адмирал Корнилов уделял большое внимание взаимодействию флота с сухопутными силами. Для обеспечения поддержки обороны города он утвердил расстановку пароходов эскадры: пароход "Херсонес" должен был обстреливать Инкерманскую долину; суда "Владимир" и "Крым" обстреливали Киленбалочное плато и фланкировали первый и второй бастионы; пароход "Эльбрус" контролировал Ушакову балку и прикрывал русские войска в случае отступления к Павловской батарее, откуда их эвакуировали суда "Грозный", "Турок" и "Дунай"; пароходы "Бессарабия", "Громоносец" и "Одесса" фланкировали правый фланг оборонительной линии, контролировали Карантинную бухту и охраняли по ночам проход, оставленный в заграждении рейда.
Но главная задача этого периода состояла в максимальном ускорении оборонительных работ и поддержании боевого духа войск. Вице-адмирал Корнилов старался ободрить войска и настроить их на решительную битву с врагом. Например, к солдатам Московского полка В. А. Корнилов обратился с такими словами: "Московцы, вы находитесь здесь на рубеже России, вы защищаете дорогой уголок Русского царства. На вас смотрит царь и вся Россия. Если только вы не исполните вполне своего долга, то и Москва не примет вас как московцев ..."[87]
Своими беседами, заботой и энергичной деятельностью адмирал заслужил доверие простых солдат, понимавших и ценивших неподдельные человеческие чувства.Тем временем союзники приняли окончательное решение не производить немедленного штурма Севастополя, а, установив осадную артиллерию, подавить русские орудия, разрушить укрепления и с малыми потерями занять город. Разделив свою армию на две части — осадный и обсервационный корпуса, они с 19 сентября начали занимать позиции. Французские дивизии осадного корпуса стали лагерем перед четвертым, пятым, шестым и седьмым бастионами на расстоянии трех верст от города. От Сарандинакской балки до Черной речки расположились английские войска, они также входили в состав осадного корпуса. Над обрывами Сапун-горы, фронтом к Балаклаве и Федюхиным высотам, обосновались французские дивизии обсервационного корпуса под командованием генерала Боске. Его задача заключалась в охране осадного корпуса от нападения русских войск со стороны Балаклавской долины и Черной речки. В случае необходимости обсервационный корпус должен был оказать помощь английской армии. Турецкая дивизия, расположенная на правом фланге обсервационного корпуса, находилась в резерве.
Закончив обустройство лагерей, союзники с 27 сентября приступили к установке осадных батарей. Французы заложили траншеи на Рудольфовой высоте в 450 саженях от пятого бастиона, а англичане — на Зеленой горе в 1200 саженях от третьего бастиона и 1050 саженях от Малахова кургана. Такое значительное удаление осадной артиллерии от русских позиций на Корабельной стороне свидетельствовало о ее большом количестве и мощи.