Душой обороны города стал начальник штаба Черноморского флота знаменитый адмирал В. А. Корнилов, по выражению Л. Н. Толстого, «герой, достойный древней Греции». Этого вдохновенного человека среднего роста, с правильным, почти классическим профилем и строгим выражением лица можно было постоянно видеть верхом, в шинели нараспашку, проводившего многие часы вдоль оборонительной линии города. Позже Корнилов записал в своем дневнике: «Конечно, если бы неприятель прямо после Альминской битвы пошел на Севастополь, то легко бы завладел им»70.
Благодаря его четким указаниям повсюду на боевых позициях в короткие перерывы между военными действиями кипела работа. Будто по волшебству, вырастали укрепления. Вместе с солдатами и матросами напряженно трудилось и население города, от мала до велика. Даже арестанты, заглаживая свою вину, по их просьбе были использованы в работе.
Немалую инициативу и энергию проявляли и помощники Корнилова — П. С. Нахимов, В. И. Истомин и Э. И. Тотлебен71.
Главнокомандующий князь Меншиков решил и самую гавань сделать недоступною для неприятельских судов, для чего приказал: затопить гавань нашими судами, сформировать из моряков пехотные батальоны, а снятые с кораблей пушки поставить на вновь возводимых укреплениях.
11(23) сентября у входа в Северную бухту были затоплены 5 старых линейных кораблей и 2 фрегата72. С кораблей на сушу была снята часть орудий, а из экипажей (10 тыс. моряков) сформировали 22 батальона. В результате к середине сентября севастопольский гарнизон насчитывал 50 тысяч бойцов.
Войска и жители города, работая день и ночь под руководством инженер-подполковника Э. И. Тотлебена, в течение 3 недель возвели 20 укреплений. На южной стороне значительно был укреплен Малахов курган, создан оборонительный рубеж из 8 бастионов, большое число промежуточных укреплений, общей протяженностью более 7 километров. Только на южной стороне Севастополя численность артиллерии была доведена до 341 орудия (в том числе 118 тяжелых) против 144 у противника.
13(25) сентября 1854 г. Севастополь был объявлен на осадном положении. Началась героическая 349-дневная Севастопольская оборона. Гарнизон города оказался под ударами англо-франкотурецких войск (67 тыс. человек) под командованием английского генерала Раглана и французского генерала Ф. Канробера73, заменившего Сент-Арно, умершего от холеры.
Подступив к Севастополю, союзники предприняли массированный обстрел города. Первая бомбардировка Севастополя была произведена противником 5—7(17—19) октября 1854 г. По городу вели огонь с суши 144, а с моря 1340 орудий кораблей. Им могли противодействовать только 118 русских орудий. Неприятель выпустил по городу до 150 тысяч артиллерийских снарядов, произведя в нем сильные разрушения. По свидетельству очевидца, в этот день «смерть пировала на всех концах города, и не было места и уголка в Севастополе, где бы не лопались бомбы и не бороздили землю ядра неприятельские. Корабельная и Артиллерийская слободки (на конце города), как ближайшие к неприятельским батареям, были почти уничтожены; адмиралтейство и знаменитые доки, казармы, улицы: Екатеринославская, Большая и Малая Морские, Театральная площадь, бульвар, Графская пристань и прочие — были заброшены снарядами. Везде сыпались снаряды разрывные, сыпались осколки их и даже камни мостовой вырывались под ядрами. Сторона северная представляла те же картины. Воздух гудел и земля тряслась под оглушительным ревом батарей с суши и моря, а по "временам солнце застилалось от дыма и не видно было ничего, кроме огней, сверкавших из орудий неприятельских»74.
Большие потери понесли оборонявшиеся. Из строя выбыли убитыми и ранеными 1250 человек. 5 октября был смертельно ранен вице-адмирал Владимир Алексеевич Корнилов. На Малаховом кургане осколком бомбы ему раздробило левую ногу у самого живота, отчего в тот же день через несколько часов последовала смерть. Позже, по приказанию Николая I, Корнилову был поставлен памятник, а Малахов курган наименован Корниловским бастионом.
В эти же дни ощутимый урон был нанесен осадной артиллерии и кораблям противника, что заставило генералов Раглана и Канробера отложить намеченный штурм.
Канробер 6(18) октября вынужден был доложить своему военному министру: «Огонь русских батарей сверх ожидания был весьма действителен; крепостная ограда на всем своем протяжении сильно вооружена морской артиллерией огромного калибра; это обстоятельство может замедлить осаду»75. Многотысячная союзная армия приступила к длительной осаде города, которая, в сущности, была почти непрерывной, чудовищной бомбардировкой.
После смерти Корнилова оборону Севастополя возглавил Нахимов, герой Синопа, «колоссальная личность, гордость Черноморского флота», как говорили о нем современники. Этот плотный пожилой холостяк, с подстриженными усами, несколько выше среднего роста, с добрыми глазами и легкой проседью в русых волосах пользовался, как никто другой, всеобщей любовью матросов, солдат и населения города76.
Из-за больших потерь, понесенных нашими войсками, главнокомандующий южной армией князь М. Д. Горчаков прислал в Крым 4-й армейский корпус, численность которого вместе с артиллерией доходила до 50 тысяч человек. Князь Меншиков, получив такое подкрепление, задумал нанести противнику решительное поражение. 13(25) октября русские успешно атаковали укрепления англичан в Балаклавской долине. Отряд генерала П. П. Липранди77 (16 тыс. человек), сосредоточенный в Чоргуне (около 8 км северо-восточнее Балаклавы), тремя колоннами утром захватил часть вражеских редутов, разгромил английскую кавалерию генерала Дж. Т. Кардигана и заставил неприятеля отказаться от готовившегося наступления на Севастополь. В одном из редутов наши солдаты захватили несколько мешков турецких серебряных меджидие, которые потом продавали по 20 копеек за штуку, спеша поскорее избавиться от «басурманской нечисти»78.
К сожалению, успех Балаклавского боя не был развит. 24 октября (5 ноября) русские войска потерпели поражение в Инкерманском сражении (восточнее Севастополя у устья р. Черная). Меншиков выделил для атаки 55-тысячную группу войск под командованием генерала П. А. Данненберга. Главный удар по позициям английского осадного корпуса наносили два отряда — генерала Ф. И. Соймонова (19 тыс. человек при 38 орудиях) и генерала П. Я. Павлова (16 тыс. человек при 96 орудиях). Вспомогательный удар наносил Чоргунский отряд (резервный) генерала П. Д. Горчакова (около 23 тыс. человек). Отряд генерала Н. Д. Тимофеева осуществлял вылазку из Севастополя.
Русские войска перешли в наступление на заре, в густом тумане после проливного дождя. Из-за неисправности Инкерманского моста отряд Павлова запоздал. Англичане успели занять позиции и встретили русских огнем пехоты и артиллерии в упор. «Английская армия была уже на волоске, — вспоминал позже об этом один из британских участников сражения, — она едва держалась»79. Раглан вынужден был обратиться за помощью к французам. Подоспела неожиданно дивизия Боске. Меншиков же не ввел в сражение около половины войск, выделенных для участия в нем. Несмотря на малочисленность своего отряда, Тимофеев блестяще справился с поставленной перед ним задачей, скрытно выдвинувшись в охват неприятельской позиции. Горчаков ограничился лишь тем, что построил войска в боевой порядок и открыл по вражеской позиции огонь из артиллерийских орудий.
Русские потеряли 10 634 человека, союзники — 4 700 человек. В результате сражения английская армия надолго была выведена из строя, как активная боевая сила.
Между тем Севастополь, благодаря усилиям Э. И. Тотлебена, так укрепился с суши, что противник совершенно оставил мысль взять его штурмом и перешел к длительной осаде.
В ноябре и декабре положение обеих сторон было довольно сложным. После Инкерманского сражения в Крыму осталось не более 35 тыс. штыков в союзных армиях (до 23 тыс. французов и до 12 тыс. англичан). Буря, разыгравшаяся 2 ноября, потопила много транспортных судов союзников, что отозвалось недостатком в теплой одежде и лишениями всякого рода, вызвавшими болезни и смертность среди осаждавших.