С моря город блокировали англо-французские паровые корабли. Чтобы преградить им вход в бухту, военный совет Черноморского флота 11 сентября 1854 г. принял решение затопить между Константиновской и Александровской батареями 7 больших старых парусных кораблей, а 13 февраля 1855 г. еще 5 кораблей между Михайловской и Николаевской батареями. В первые дни обороны гарнизон города едва насчитывал 17 тыс. человек. В начале октября в город вошла часть войск под командование князя А.С.Меньшикова, число защитников города составило 35 тыс. человек. В короткое время была создана эшелонированная система укреплений протяженностью 8 км, прикрывавшая южную часть Севастополя, на которой размещались 8 бастионов, редуты, люнеты, ложементы. строили их тысячи матросов, солдат и жителей города, в т.ч. женщины и дети. Нередко население отдавало на укрепление города и свое имущество: лошадей, волов, повозки, строительные материалы. Работы велись днем и ночью. К 16 ноября было построено 20 батарей, вдвое увеличено артиллерийское вооружение сухопутной обороны и доведено до 341 орудия. Инженерной обороной руководил полковник Э.И.Тотлебен. На сухопутных рубежах была установлена главным образом морская артиллерия, ее обслуживали моряки-артиллеристы. За все время осады Севастополя с кораблей Черноморского флота было передано для усиления обороны города до двух тысяч морских орудий с боезапасом и личным составом до 10 тыс. человек.
   Противник не решился немедленно штурмовать город и приступил к его осаде, в ходе которой шесть раз подвергал город многодневным бомбардировкам. 6 июня 1855 г. противник предпринял попытку взять штурмом укрепления Корабельной стороны в т.ч. Малахов курган. Штурм был отбит. События этого дня изображены на живописном полотне панорамы «Оборона Севастополя 1854—1855 гг.»
   Стремясь разрушить укрепления Севастополя, противник применил подземную минную войну. Им было прорыто под землей 1200 м галерей и произведено 120 взрывов. Но защитники Севастополя своевременно развернули контрминную борьбу и за 7 месяцев подземно-минной войны проложили 6889м галерей и рукавов (в 5 раз больше противника) и произвели 94 крупных взрыва. Минную войну возглавил саперный офицер А.В.Мельников.
   На протяжении всей 349-дневной обороны особенно напряженная борьба шла за ключевую позицию обороны города — Малахов курган. Взятие ее 27 августа французской армией предрешило оставление 28 августа 1855 г. русскими войсками Южной стороны Севастополя. Взорвав все укрепления, батареи и пороховые погреба, они организовано переправились через Севастопольскую бухту на Северную сторону по понтонному мосту. Затем мост был подтянут к Северной стороне, и противники, истощенные длительной осадой и кровопролитными сражениями, оказались разделенными Севастопольской бухтой. Военные действия фактически прекратились.
   18 марта 1856 г. в Париже был подписан Мирный договор, по которому России были продиктованы тяжелые условия. Она была лишена права иметь на Черном море военно-морские сооружения и могла содержать лишь небольшое число легких судов. То была политика так называемой нейтрализации Черного моря. Кроме того, Россия отказывалась от Бессарабии и возвратила Турции крепость Карс в Закавказье, взятую русскими войсками уже после оставления Севастополя. Требование "нейтрализации" Черного моря, оставлявшее без защиты Крым, Кавказ и Украину, было продиктовано Англией. Когда через двадцать лет она снова толкнула Турцию на войну против России, страна могла противопоставить турецким броненосцам лишь несколько вооруженных пароходов. Парижский трактат просуществовал 14 лет.