На следующий день союзники начали общий штурм Южной стороны. И только теперь в атаку пошли французские дивизии генералов д'Отмара и Брюне, а на 3-й бастион и Пересыть двинулись английские войска. Впереди штурмующих цепей бежали команды со штурмовыми лестницами, позади двигались сильные колонны. Но неожиданно войска д'Отмара были встречены со 2-го бастиона, куртины и Малахова кургана столь сильным ружейным и картечным огнем, что строй их сразу же расстроился, и солдаты спешно укрылись в каменоломнях. Но вскоре командирам удалось навести порядок в своих частях, и французские батальоны вновь устремились на правый фас 2-го бастиона и на куртину. Несмотря на сильный огонь обороняющихся, неприятелю удалось спуститься в ров, и часть вражеских солдат уже стала подниматься на бруствер куртины, но здесь они нарвались на штыки батальона Суздальского полка. Побросав лестницы, французы в панике побежали и снова укрылись в каменоломнях. Колонна, атаковавшая 2-й бастион, также, не выдержав огня обороняющихся» отступила в Килен-балку Французы предприняли еще две попытки штурма 2-го бастиона и куртины, но оба раза были отбиты ружейным и артиллерийским огнем обороны. На случай же рукопашной Хрулев уже подвел резервы ко 2-му бастиону и за куртину. Две колонны дивизии Брюне бросились на Малахов курган и батарею Жерве. Но сильным ружейным и картечным огнем колонна, атаковавшая Малахов курган, была отброшена и обращена в бегство. Вскоре эта колонна предприняла вторую попытку штурма, но снова была отброшена. Две тысячи солдат бригады Ниоля, несмотря на сильный огонь обороны, ворвались на почти не имевшую рва батарею Жерве, подавили сопротивление батальона (300 человек) Полтавского полка, но были остановлены огнем правого фаса Малахова кургана и шести полевых орудий, установленных за ретраншементом. Но около двух батальонов неприятельских солдат на плечах отступавших полтавцев ворвались в поселок на скате Малахова кургана и засели в домиках. Хрулев приказал 5-й роте Севского полка под командой штабс-капитана Островского выбить оттуда неприятеля. Наши солдаты бросились к домикам, из которых французы открыли сильный огонь. Собравшиеся остатки Полтавского батальона устремились за севцами. Начался жестокий рукопашный бой, в котором русские солдаты показали не только свое мужество, но и способность действовать самостоятельно в рассыпном строю. Французы отчаянно сопротивлялись. Каждой домик приходилось брать приступом. Русские солдаты влезали на крыши, разбирали их и бросали камни на головы засевших в домиках французов, врывались в двери и окна и штыками выбивали оттуда неприятеля. Из 138 солдат 5-й роты Севского полка в живых осталось только 33 человека, но русские солдаты выполнили приказ и очистили от французов весь поселок, захватили в плен 9 офицеров и около сотни солдат. Тем временем подоспело подкрепление — шесть рот Якутского полка, которые и довершили разгром неприятельских отрядов. Брюне, также получив подкрепление, еще три раза пытался занять батарею Жерве, но все три раза французы были отбиты картечным и ружейным огнем.
Три английские колонны несколько раз пытались штурмовать 3-й бастион на Пересыпи, но неудачно. Англичане хорошо подготовились к штурму: впереди колонн шли стрелки и команды с лестницами, фашинами и набитыми шерстью мешками. Но обороняющиеся открыли сильный картечный и ружейный огонь и не пустили неприятеля дальше засеки, а затем вынудили его, бросив все свое инженерное имущество, обратиться в бегство.
К 7 часам утра, 6 июня, все атаки на оборонительную линию были отражены.
Потери русских войск в ходе штурма составили 5445 человек, французских — около 5000человек, английских— 1728 человек. У французов было убито два генерала — Мейран и Брюне, ранены генералы Лафон и Лоране. У англичан убит генерал Дж. Кампбел, ранены генералы Джонс, Броун и Эйр.
Хоть и с большим опозданием, но неприятельские командующие все же поняли, что Севастополь открытой силой им не взять, что надо последовательно и до конца вести постепенную атаку крепости, приблизив транше и вплотную к оборонительной лини и; необходимо усилить осадную артиллерию; надо перекрыть доступ в Килен-бухту русских пароходов, поддерживающих огнем оборонительную линию.