4 октября 1853 года Турция объявила войну России, а через месяц - 1 ноября Россия сделала ответный шаг и объявила войну Турции. За ходом войны внимательно следили Англия и Франция, которые не хотели допустить господства России на Черном море. 28 февраля 1854 года они заключили военный союз с Турцией против России, а уже 1 марта предъявили ультиматум - вывести русские войска из Дунайских княжеств. Россия не стала выполнять их требование и 15 марта Англия и Франция тоже объявили ей войну.
Военные действия начались с диверсий английского флота на Балтике, в Белом море, Тихом океане и с подготовки десанта в Крым. 12 сентября 1854 года англо-французская армия из 62 тысяч человек высадилась около Евпатории в Крыму, затем направилась в Севастополь, обошла его с востока и заняла удобные бухты. 13 сентября 1854 года или 25 сентября по новому стилю в Севастополе объявили осадное положение.
Возглавили оборону города вице-адмирал Владимир Корнилов, вице-адмирал Павел Нахимов и контр-адмирал Владимир Истомин. Они подбадривали солдат, матросов и население города, настраивали их на сопротивление врагу. 27 сентября Корнилов перед гарнизоном Севастополя выступил с речью: "Товарищи, на нас лежит честь защиты Севастополя, защиты родного нам флота! Будем драться до последнего! Отступать нам некуда, сзади нас море".
Севастополь был хорошо укреплен с моря, а с суши почти не имел укреплений. С моря его блокировали англо-французские паровые корабли. Чтобы преградить им вход в бухту, за два дня до осады военный совет Черноморского флота затопил между Константиновской и Александровской батареей семь больших старых парусных кораблей. В первые дни обороны гарнизон города насчитывал лишь около 17 тысяч человек. В начале октября в город вошла часть войск под командованием князя Александра Меншикова и число защитников увеличилось до 35 тысяч человек.
Оперативно была создана эшелонированная восьмикилометровая система укреплений. Она прикрывала южную часть города, где были восемь бастионов, редуты, люнеты, ложементы. В три смены, даже ночью при свете фонарей, их строили тысячи матросов, солдат, жители города, в том числе женщины и дети. Население отдавало на работы по укреплению города своих лошадей, валов, повозки, имеющиеся строительные материалы. За первые три недели обороны удалось построить более 20 укреплений, а количество артиллерии только на южной стороне увеличили до 341 орудия. В то время как у противника их было в два раза меньше - 144. На сухопутных рубежах установили, главным образом, морскую артиллерию. За время осады Севастополя с кораблей Черноморского флота передали для усиления обороны до двух тысяч морских орудий с боевым запасом.
Рано утром 17 октября 1854 года началась первая бомбардировка крепости. Противник открыл огонь по оборонительным сооружениям из 126 тяжелых орудий. Днем к ним добавились еще 1340 орудий кораблей. Однако севастопольцы ответили на это мощным артиллерийским огнем из 250 пушек. Бой продолжался 12 часов и в нем, кроме многих солдат и моряков, погиб адмирал Корнилов. Всю ночь с 17 на 18 октября население города восстанавливало укрепления и, к удивлению противника, к утру они снова были готовы отражать атаки противника. Первая попытка врага овладеть Севастополем потерпела крах. Город бомбили еще несколько дней, однако упорное сопротивление русских войск заставило английского и французского главнокомандующих перейти к медленной осаде города.
За это время город шесть раз подвергался многодневным бомбардировкам. 6 июня 1855 враги попытались взять штурмом укрепления корабельной стороны, в том числе Малахов курган. Этот штурм отбили, а его события изображены на известном полотне панорамы "Оборона Севастополя". Стремясь разрушить укрепления, противник также вел подземную войну, построив под землей 1280 метров галерей и совершив 120 взрывов. В свою очередь, защитники города развернули контрминную борьбу и за семь месяцев проложили 6889 метров галерей и рукавов, организовали 94 крупных взрыва. По ночам разрушенные укрепления восстанавливали и строили новые, причем часто вблизи вражеских позиций.
Кстати, участником севастопольской обороны был и выдающийся врач, ученый, основоположник военно-полевой хирургии Николай Пирогов. Он приехал в осажденный город с отрядом сестер милосердия. Здесь же он впервые в мировой практике стал широко применять при ранениях рук и ног гипсовую повязку и обезболивание парами эфира во время операций. Работа медиков под его руководством быстро возвращала в строй раненных бойцов. Так, за первые полгода обороны из 15 123 раненных в части и бастионы вернулся 10 561 воин.
Все 349 дней осады особенно напряженная борьбы шла за ключевую позицию города - Малахов курган. После его взятия 27 августа 1855 года французской армией, русские войска оставили южную сторону Севастополя, взорвали все укрепления, батареи, пороховые погреба и переправились через Севастопольскую бухту на северную сторону по понтонному мосту. Затем мост подняли к северной стороне и противники, ослабленные и истощенные длительной осадой, оказались разделены Севастопольской бухтой. Кроме того, считая город заминированным, они не решились преследовать русских солдат. Так закончилась героическая оборона Севастополя. Англия и Франция не добились его окончательной капитуляции, хотя до середины 1856 года город все же был частично оккупирован их войсками. Русская армия тоже сохранилась в Крыму вдоль северного берега большой бухты.
18 марта 1856 года в Париже был подписан мирный договор, по которому России запрещалось иметь на Черном море военно-морской флот, строить крепости и военно-морские базы. Севастополь ждал 20-летний период упадка, а посетивший его в 1860 году русский драматург Александр Островский писал: "Без слез этого города видеть нельзя. В нем положительно не осталось камня на камне". По подсчетам руководителя инженерной обороны Эдуарда Тотлебена, во время осады на Севастополь обрушилось более 1,3 миллиона артиллерийских снарядов, очистка бухты от затопленных кораблей заняла более 10 лет.