Военная промышленность была не в состоянии обеспечить войска всем необходимым для ведения боевых действий. Россия отставала от передовых европейских стран в области вооружений армии и флота. В войсках в основном преобладали гладкоствольные ружья, отличавшиеся пониженной меткостью и малой дальнобойностью (200—250 м) по сравнению с нарезным стрелковым оружием (800 м), состоявшим на вооружении западных армий. Русские пушки были устаревших образцов, заряжались с дула и стреляли ядрами или картечью, значительно уступая английским и французским орудиям, заряжавшимся с казенной части и стрелявшим разрывными снарядами.

На русском флоте доминировали парусные суда. Из 21 крупного корабля черноморской эскадры лишь 7 были паровыми, в то время как англо-французский флот почти целиком состоял из паровых судов с винтовыми двигателями и к тому же превосходил русский по численности. Только английская средиземноморская эскадра, располагавшаяся вблизи Дарданелл, насчитывала 31 корабль. Поэтому в ходе войны русский флот не смог оказать эффективной поддержки сухопутным войскам на Черноморском побережье.

Русское командование придерживалось линейной тактики – войска привыкли сражаться компактными массами, в громоздких и неповоротливых шеренгах. Однако в условиях господства дальнобойной артиллерии и нарезных ружей такое построение приводило к тяжелым потерям от огня противника. На Западе уже давно убедились в преимуществе тактики колонн и рассыпного строя. Не уделялось в русской армии и должного внимания подготовке атаки артиллерийским огнем и мерам по уменьшению потерь среди личного состава.

Общее соотношение сил было также в пользу коалиции. Англия обладала самым мощным в мире военно-морским флотом, хотя сухопутные ее силы не превышали 150 тыс. человек (120 тыс. пехотинцев, 10 тыс. кавалеристов и 20 тыс. артиллеристов и саперов). Французская армия была одной из самых многочисленных в Европе – в мирное время она насчитывала 350 тыс. человек, а в случае войны могла развернуться до 540 тыс. (383 тыс. пехотинцев, 86 тыс. кавалеристов и свыше 70 тыс. артиллеристов и саперов). Османская империя в Крымскую войну выставила до 400 тыс. солдат и офицеров. Турецкую армию отличала слабость командного состава. Фактически ею руководили западные «советники» при турецких генералах, вооружение и снабжение турецких войск в годы войны обеспечивались Англией и Францией.

К 1853 году ближневосточный конфликт достиг наибольшей остроты. Когда Турция решила вопрос о палестинских святынях в пользу католиков, Николай I в феврале направил в Стамбул морского министра А.С. Меншикова с чрезвычайной миссией. Однако под давлением Англии турки отвергли его требование подтвердить прежние привилегии православной церкви и предоставить российскому императору право покровительства православному населению Османской империи. В итоге султан разрешил англо-французскому флоту войти в Дарданеллы. 21 мая 1853 года Меншиков покинул Стамбул. Дипломатические отношения России с Турцией были разорваны.

В начале июля русские войска численностью 82 тыс. человек под командованием генерала М.Д. Горчакова были введены в Дунайские княжества (Молдавию и Валахию), которые находились под сюзеренитетом султана. 130-тысячная турецкая армия сконцентрировалась на Балканах в нескольких крепостях. В ответ на оккупацию Россией Дунайских княжеств в июле 1853 года Англия, Франция, Австрия и Пруссия провели в Вене конференцию и согласовали текст ноты султану. В ней Турции предписывалось соблюдать все условия прежних договоров о правах православного населения. Однако втайне союзники гарантировали султану полную поддержку. В итоге Турция отвергла Венскую ноту. 9 октября 1853 года она потребовала вывести русские войска из Дунайских княжеств, а 16 октября объявила России войну. 20 октября Николай I подписал манифест «О войне с Оттоманской Портой».

На Балканах турки форсировали Дунай, но их атаки против русских войск были отбиты с большими потерями. На Кавказском фронте в ноябре 1853 года турецкие войска были разгромлены при Ахалцыхе и Башкадыкларе. 30 ноября Черноморский флот во главе с вице-адмиралом П.С. Нахимовым атаковал турецкую эскадру в Синопской бухте. В ходе этого знаменитого сражения турки потеряли почти все суда (7 фрегатов, 3 корвета, один малый пароход и 4 транспортных судна) и около 3 тыс. человек (3/4 личного состава эскадры). Потери русских были сравнительно небольшими: 38 человек убитыми и 235 ранеными. Все корабли благополучно вернулись в Севастополь.

Поражения турок ускорили вступление Англии и Франции в войну под предлогом защиты Османской империи. 4 января 1854 года эскадра союзников вошла в Черное море. 21 февраля Россия разорвала дипломатические отношения с Англией и Францией. 27 и 28 марта эти страны объявили России войну. В этом же месяце русские войска перешли через Дунай, заняли крепости Исакча, Мачин, Тулча, а в мае осадили Силистрию. В апреле флот союзников бомбардировал Одессу, в мае вошел в Балтийское море, приблизился к Кронштадту, но атаковать его не решился. В августе был высажен десант на Аландских островах и захвачена крепость Бомарзунд. Однако в других местах десантные операции не удались, и в сентябре 1854-го англо-французская эскадра покинула российские территориальные воды.

Столь же неудачно завершились экспедиции союзников в Белом и Баренцевом морях. Они безуспешно пытались захватить Соловецкие острова и прорваться к Архангельску, неудачно атаковали Петропавловский порт на Камчатке. А на Кавказе терпели поражение турки. В августе 1854 года русские войска нанесли им поражение при Кюрюк-Даре и взяли крепость Баязет.

В июне—июле того же года англо-французские войска высадились у болгарского города Варны. Австрия заняла враждебную позицию, создав угрозу тылам русской армии. Россия была вынуждена вывести войска из Дунайских княжеств. Союзники по согласованию с Турцией ввели туда австрийскую армию. Для России война утратила наступательный характер и превратилась в оборонительную.

В августе союзники решили предпринять экспедицию в Крым и захватить Севастополь. 14—18 сентября их флот (89 кораблей и 300 транспортных судов) высадил у Евпатории экспедиционные войска общей численностью 62 250 человек при 134 орудиях. Французская армия насчитывала 28 250 человек (4 пехотные дивизии, инженерный корпус, 2 эскадрона кавалерии, 68 орудий), английская – 27 тыс. человек (4 пехотные дивизии, легкая стрелковая дивизия, кавалерийская бригада, 54 орудия). В состав французских войск входила также турецкая дивизия (7 тыс. штыков и 12 орудий).

«Интервенты» рассчитывали на сравнительно легкую кампанию – в Крым за бранной славой отправился цвет английской аристократии, даже французы были поражены количеством багажа, который прихватили их союзники. Обоз командира одной из дивизий герцога Кембриджского состоял из 17 повозок. Командир кавалерийской бригады лорд Кардиган обедал и отдыхал на собственной яхте. Многие офицеры привезли с собой лошадей для охоты.

19 сентября союзники двинулись к Севастополю. Главнокомандующий русскими войсками А.С. Меншиков сосредоточил на реке Альме почти все находившиеся в Крыму русские войска (33 600 человек) и попытался остановить противника, но потерпел поражение и отступил. Бросив Севастополь на произвол судьбы, он отвел армию к Бахчисараю. Севастополь имел достаточно надежную защиту с моря: 13 береговых батарей насчитывали 611 орудий, мощной артиллерией обладала и стоящая на рейде русская эскадра.

Но с суши город был почти беззащитен. Северная сторона прикрывалась только фортом с 50 орудиями, на слабо укрепленной 7-километровой полосе обороны Южной стороны имелось лишь 134 орудия. Меншиков оставил в городе незначительный гарнизон – 8 батальонов пехоты и небольшое количество матросов. Казалось, падение Севастополя неизбежно. Однако союзники совершили ошибку, которая имела для них тяжелые последствия. Они не решились атаковать город с Северной стороны без содействия флота (удобные бухты были только на юге от города) и подступили через Инкерман к Южной стороне. Противник занял Балаклаву, Стрелецкую и Камышовую бухты, чтобы обеспечить себе морские базы для снабжения войск. 25 сентября началась Севастопольская оборона, продолжавшаяся 349 дней.