8 (20) вересня 1854 р. французька дивізія генерала Боске першою рушила у наступ, форсувала річку та зібралася на висотах біля моря. Французи навіть змогли витягти на ці висоти 12 польових гармат. Росіяни перекинули на свій лівий фланг більш як тридцять гармат. Тоді в наступ у центрі союзників пішла французька дивізія генерала Канробера, а на їхньому лівому крилі, проти головних сил росіян, британська армія. Російські гармати з двох редутів завдали британцям певних втрат, але через гвинтівковий вогонь британської піхоти російське командування вирішило відвести назад гармати. Довгі лінії британської піхоти під час наступу вгору зі схилу річкової долини перемішалися, і російська контратака примусила перший британський ешелон відступити. Британський другий ешелон, а також наступ французів на іншому крилі призвели до відходу росіян, і Меншиков врешті дав сигнал до загального відступу своїй армії. Союзники не переслідували відступаючих через нестачу кавалерії. У битві російська армія втратила 1800 вояків убитими й 5700 пораненими, французи —140 убитими й 1200 пораненими, британці — 340 вбитими й 1600 пораненими.
Початок облоги Севастополя
Через п’ять днів після своєї перемоги союзники підійшли до Севастополя з півночі. Того ж дня Севастополь було оголошено обложеним. Але смертельно хворий Сент-Арно (помер 14 (26) вересня на кораблі, що повертав його до Стамбула) відмовився штурмувати слабо захищене місто з 7-тисячним гарнізоном. Союзники обійшли Севастополь та розташувалися на південь від нього, із постачанням через малі порти Камиш (Комишева бухта) і Балаклава.
Це дало можливість російській армії та флоту посилити гарнізон та укріпити місто. За 2 дні до підходу британсько-французької армії перед входом у Північну бухту було затоплено 5 старих лінійних кораблів і 2 фрегати, а решта російського Чорноморського флоту в складі 15 лінійних кораблів та 7 фрегатів відійшла у внутрішні води Севастопольської бухти. На цьому наполіг князь Меншиков, незважаючи на рішучі протести переможця під Синопом віце-адмірала Нахімова та начальника штабу Чорноморського флоту віце-адмірала Володимира Корнілова.
Північну сторону Севастополя захищав лише один форт із 30 гарматами. Кілька фортів захищало входи до бухт Севастополя, але з суходолу місто було майже незахищене. Так, Малахів курган, ключову позицію в обороні міста, захищав лише один невеликий форт із 5 гарматами. Меншиков розділив місто на північний і південний сектори. Оборону південного сектора очолив Нахімов, північного — Корнілов. Периметр оборони було поділено на чотири сектори, які очолили генерал Асланович, віце-адмірал Новосильський, контр-адмірал Панфілов і контр-адмірал Істомін. Під їхнім керівництвом Севастополь було захищено з моря, організовано активну оборону з суходолу, де за планами талановитого військового інженера полковника Е. Тотлебена (який перед тим керував облогою Силістри) спорудили ряд укріплень, що прикривали підступи до Малахового кургану (у секторі Істоміна). Іншою важливою позицією був бастіон № 4 у секторі Новосильського. Усього 7-кілометрова, глибоко ешелонована смуга оборони мала 8 бастіонів, озброєних важкою артилерією, а також систему траншей і бліндажів, що мала захистити гарнізон від гарматного вогню супротивника. Гарнізон Севастополя, посилений 22 батальйонами, сформованими з чорноморських моряків, зріс до 20 тисяч бійців. З частини кораблів зняли гармати та перевезли на суходіл. Кількість гармат на Південній стороні Севастополя було доведено до 341 (у тому числі 118 важких) проти 144 у союзників. Польова російська армія відійшла від Севастополя у бік Бахчисарая, загрожуючи тилові британців і французів.
5 (17) жовтня 1854 союзне командування (померлого маршала Сент-Арно замінив генерал Ф. Канробер), після того як було підвезено й розміщено на позиціях облоги важку артилерію, почало перше бомбардування Севастополя з моря й суходолу. Позиції союзників були розташовані на узвишшях на південь від міста. На південному заході місто обстрілювали французи з 53 гармат, на південному сході — британці з 63 гармат, їм відповідали 250 російських гармат. В артилерійському двобої обидві сторони зазнали серйозних втрат: загинуло 1200 росіян, 350 французів, 450 британців, 50 турків. Серед оборонців загинув адмірал Корнілов, і керівництво обороною взяв на себе адмірал Нахімов. Кораблі союзників отримали великі пошкодження і більше не брали участі в обстрілах міста.
Балаклава й Інкерман
Російське командування усвідомлювало, що союзники готуються до рішучого штурму Севастополя. Щоб деблокувати місто або хоча б відвернути сили союзників від організації штурму, князь Меншиков вирішив атакувати позиції союзників неподалік Балаклави, тилової бази британських експедиційних сил. Очолив 25-тисячний російський корпус генерал Ліпранді. 13 (25) жовтня 1854 р. російська піхота захопила кілька польових укріплень (редутів), що захищали дорогу від Балаклави до британського табору. На чолі цієї атаки йшли Азовський[16], Український, Дніпровський, Одеський єгерські полки, перекинуті в Крим із Дунайського театру воєнних дій. Але цей успіх не був розвинутий. Російська кавалерійська бригада, половину якої становили 8 ескадронів Київського гусарського полку, не витримала удару британської важкої бригади кавалерії і не змогла розбити єдиний британський батальйон, що стояв між нею і Балаклавою. Пізніша самогубна атака британської легкої бригади кавалерії (із 670 її солдатів і офіцерів 247 було вбито, поранено чи потрапило в полон, загинуло 497 коней) на російські гармати дала можливість російському командуванню казати про велику перемогу в цьому бою. Свідок цієї атаки французький генерал Боске начебто сказав: «Це чудово, але це не війна». Втрати обох сторін були рівні: в бою загинуло приблизно 600 росіян, 300 британців, 250 турків і 40 французів.
Менш ніж через два тижні, 24 жовтня (5 листопада) 1854 р., Меншиков організував значно масштабнішу спробу деблокади Севастополя. Поки 22 тисячі росіян мали зробити вилазку проти позицій французів на захід від міста і зв’язати їх боєм, дві російські колони — 20-тисячна із Севастополя під командою генерала Соймонова і 16-тисячна з польової російської армії з боку річки Чоргун (Чорна) на схід від Севастополя під командуванням генерала Павлова — мали атакувати позиції 14 тисяч британців на південний схід від міста. Густий туман мав допомогти в атаці, бо перешкоджав союзникам ефективно використовувати свої гвинтівки. Але погана координація між російськими колонами на складному рельєфі призвела до того, що ці переважні сили вводилися в бій частинами, що звело нанівець перевагу тих, хто атакував. Затятість британських оборонців, що призвела до частих сутичок врукопашну, і вчасна допомога французів спричинила повну поразку російської армії. Росіяни втратили вбитими до 12 тисяч, британці близько 2500, французи менш ніж 200. Інкерманську битву іноді називають «солдатською», бо вона була виграна не хитрим маневром, а героїзмом і впертістю рядових бійців. Але смерть не минала нікого: у битві загинули генерали кожної з трьох армій — росіянин Соймонов, британець Каткарт і француз де Лурмель, а французький головнокомандувач Канробер був поранений.
Хоча російські війська й зазнали поразки, союзники були змушені відкласти штурм міста. Облога перетворилася на довгу позиційну війну.
Сувора зима
Зима 1854/1855 року видалася суворою. Армії союзників виявилися не підготовлені до зими, зокрема й тому, що страшний шторм 2 (14) листопада 1854 р. потопив 27 британських транспортів, 5 французьких і 2 турецьких та знищив більшу частину запасів зимового одягу для армії, їстівних припасів і фуражу для коней. Особливо важкою була ситуація в британській армії, оскільки після Балаклавської битви російські війська контролювали дорогу, що вела з Балаклави до Севастополя, а гнати вози з порту до британських шанців бездоріжжям було практично неможливо. Британські солдати жили в полотняних наметах, і коли випав півметровий шар снігу, а температура знизилась до 10 градусів морозу, люди почали помирати від холоду (2500 у французів і набагато більше у британців). Нікуди не ділася й епідемія холери, а починаючи з лютого 1855 р. — ще й тифу. Генерал Канробер, чиї сили вже налічували 78 тисяч, мусив замінити британців у частині їхнього сектора.
Британці взялися за розв’язання своїх проблем у дусі епохи. Кримська війна була першою, на якій було збудовано тактичну залізницю: у січні 1855 р. британці почали прокладати колію від Балаклавської бухти до своїх позицій навколо Севастополя. Вже в квітні залізниця могла перевозити 240 тонн вантажу на день. Це була перша залізниця в Україні, прокладена за 5 років до лінії Львів — Перемишль, що зазвичай вважається першою в нашій країні. Того ж місяця британські військові інженери за 18 днів протягнули телеграфний кабель дном Чорного моря від Балаклави до Варни. Звідти вже французькі інженери протягнули кабель до Бухареста, з’єднавши штаби союзників із їхніми столицями. Телеграф одразу ж дав змогу урядам у Лондоні й Парижі втручатися у ведення війни, тим паче що той же телеграф став доносити подробиці цієї війни до населення їхніх країн практично в реальному часі. Навесні 1855 р. вдалося налагодити поштове сполучення між табором союзників та Францією й Британією, що позитивно вплинуло на моральний стан війська.
Відсутність видимого прогресу й великі жертви Кримської експедиції спричинили незадоволення громадськості Франції та Британії. Війна викликала надзвичайний інтерес, був справжній голод на правдиву інформацію з поля бою серед читачів нових масових газет і часописів. Читачі могли візуалізувати події, бо саме тоді з’явилася можливість робити фотографії як місць боїв, так і людей, що брали в них участь. Стали відомі своїми кримськими знімками британські фотографи Джеймс Робертсон та Роджер Фентон, француз Жан-Шарль Ланглуа чи волох Кароль Сатмарі, який працював по обидві сторони фронту. Серед журналістів найвідоміщим став ірландець Вільям Говард Рассел із лондонської «Таймс». Це з його легкої руки частиною історичної пам’яті у Британії стала героїчна атака кінної Легкої бригади на російські гармати під Балаклавою та стійкість у обороні «тонкої червоної лінії» шотландської піхоти. Статті Рассела про труднощі, з якими зіткнулися британські солдати взимку 1854/1855, спричинилися до скандалу в британському парламенті та до відставки уряду лорда Абердіна, а пізніше призвели до реформ у британській армії. Нападки Рассела на британського командувача лорда Раґлана часто були несправедливі, але здійнятий ним скандал дав негайні результати у наведенні ладу в медичній та шпитальній службі.
Британських поранених евакуювали з Криму до Скутарі (передмістя Стамбула, турецькою Ускюдар), де восени 1854 р. у військовому госпіталі смертність досягала 42 відсотків. Бракувало медичного персоналу, ліків, правила гігієни практично ігнорувалися, поранені лежали разом з інфекційними хворими. У листопаді 1854 р. до Скутарі прибула Флоренс Найтінґейл із командою з 38 медсестер і почала наводити лад із дотриманням гігієни, карантином, поліпшенням умов перебування поранених і хворих, кращим годуванням і взагалі персональним ставленням до кожного пораненого солдата — у тому числі вдаючись до допомоги «Таймс», щоб привернути увагу до проблеми. Під кінець перебування «пані з ліхтарем» (так солдати назвали Флоренс), у Скутарі смертність серед пацієнтів впала до 2 відсотків. Найтінґейл повернулася до Британії національною героїнею, а 1912 р. Міжнародний комітет Червоного Хреста заснував медаль її імені.