Противник несколько раз устраивал ложные тревоги, заставляя защитников города готовиться к отражению штурма. Это в какой-то мере притупило бдительность русских.

Утром 27 августа французским войскам удалось скрытно сосредоточиться в передовых траншеях, расположенных в 50—100 шагах от русских укреплений. В 11 ч 30 мин бомбардировка Севастополя почти прекратилась, но наши войска на оборонительной линии и не подумали, что за этим может последовать штурм, так как уже привыкли к обманным действиям неприятеля, вызывавшего таким образом скопление русских войск в укреплениях и открывающего по ним огонь. Используя кратковременное затишье, защитники Севастополя принялись за обед. Как бы подтверждая мысль о невозможности штурма, неприятель около 12 часов снова открыл сильный огонь из всех орудий. Но ровно в полдень огонь прекратился. Над Севастополем воцарилась тишина. И совершенно неожиданно раздался крик; «Штурм!» А вслед за ним другой, чуждый: «Vive l’Empereur!», и на брустверах и в амбразурах появились французы.

На Малаховом кургане по недосмотру начальства восемь пушек, остававшихся исправными после бомбардировки, оказались заряжены ядрами, а не картечью, и артиллеристы не смогли поразить наступающих французов.

К моменту штурма на Малаховом кургане оказалось всего 2,5 тысячи человек. Они вступили в отчаянную рукопашную схватку с французами. На выручку вскоре подошли Ладожский, Азовский и Одесский полки. Но все усилия выбить с Малахова кургана французов оказались тщетными. Был ранен генерал Хрулев, командовавший войсками на Корабельной, ранены начальник 9-й дивизии генерал Лысенко и начальник 12-й дивизии генерал Мартинау, начальник 15-й дивизии генерал Юферов погиб от вражеского штыка. Потеряв своих командиров, остатки русских полков продолжали отчаянный бой, не сходя с места. Но, несмотря на мужество русских солдат, Малахов курган остался за французами. На всех же остальных участках обороны штурм был отбит.

Бесспорно, Малахов курган имел важное значение для обороны города, но Севастополь можно было защищать и без него (вспомним 1942 год). Тем не менее Горчаков отдал приказ покинуть город.

27 августа русские потеряли убитыми и ранеными 5 генералов, 419 офицеров, 12 488 нижних чинов, то есть 26,5% состава всего гарнизона. На арсеналах, складах и укреплениях было брошено, потоплено и заклепано 3839 орудий.

У союзников по их данным потери составили около 10 тысяч человек (7576 французов и 2451 англичан).

Заранее готовясь к отступлению, Горчаков приказал построить большой, длиной в 960 м, мост, соединяющий Северную и Южную стороны Севастополя. Постройка моста была завершена к 15 августа. А 27 августа в 7 часов вечера через мост началось отступление русских войск. В 8 часов утра 28 августа переправа была закончена, и мост разобран.

Союзники не пытались атаковать отходившие войска. Севастополь горел, русские взрывали батареи и пороховые погреба. Союзникам достались лишь развалины Южной стороны.

Русские пароходо-фрегаты к 27 августа не утратили боеспособность и могли попытаться ночью прорваться в безопасное место, например в Днепро-Бугский лиман. Тем не менее командование отдало приказ затопить все пароходы в Севастопольских бухтах.

30 августа союзные войска заняли Южную сторону Севастополя. Уход русских войск стал неожиданностью для союзного командования, которое настроилось на продолжение осады. Теперь союзники не знали, что делать.

Но вскоре англичанам удалось уговорить французов устроить экспедицию в Днепро-Бугский лиман, чтобы овладеть Николаевым и разрушить там русские верфи. С этой целью в конце сентября 1855 г. к входу в лиман подошел флот союзников из 50 английских и 40 французских судов. Впервые в истории в состав флота были включены броненосные корабли. Это были три плавучие батареи «Lave», «Devastation» и «Tonnante» («Лава», «Опустошение» и «Гремящий»), покрытые железной броней толщины 111 мм на 203-мм (8-дюймовой) деревянной подкладке. Вооружение каждой батареи состояло из 16 — 50-фунтовых (195-мм) и 2 — 12-фунтовых (116-мм) пушек.

Крепость Кинбурн в последний раз перестраивалась еще при Екатерине II. Вооружение крепости состояло из 70 орудий. Из них 55 пушек (24-, 18- и 12-фунтовых), 5 единорогов (одно- и полупудовых) и 10 мортир в 5 и 2 пуда.

5 октября 1855 г. в 9 часов утра три бронированных плавбатареи и несколько канонерских лодок подошли к Кинбурну на дистанцию 1 км и открыли огонь. Во время этой бомбардировки в плавучую батарею «Опустошение» 31 снаряд попал в броневые плиты и 35 снарядов ударили в палубу. Якорь в 650 кг весом, лежащий у него на баке, был разбит на несколько кусков. Батареи «Лава» и «Гремящий» получили каждая около 60 попаданий, из которых около 50 пришлось на покрытые броней борта и около 10 — в палубу. Несмотря на это, потери личного состава были совершенно незначительны и нанесены были только теми снарядами, которые попали в пушечные порты. Потери составили: 2 убитых на «Опустошении» и 30 раненых на всех трех плавучих батареях.

К 12 часам русские батареи почти замолчали, а в крепости возник сильный пожар. В первом часу, пользуясь ослаблением огня крепости, неприятель ввел в Лиман 9 пароходо-фрегатов (3 французских и 6 английских), которые, пройдя на значительном расстоянии от Очакова мимо Кинбурна, расположились к северо-востоку от крепости и вели огонь вдоль косы. Таким образом, наш гарнизон был со всех сторон окружен и обстреливался из нескольких сотен орудий крупных калибров.

К вечеру комендант Кинбурна генерал Коханович сдал крепость, хотя возможности к сопротивлению далеко не были исчерпаны.

Дальше Кинбурна союзники идти не решились. На суше их ожидала 60-тысячная русская армия под командованием генерала А.Н. Лидерса. Увезти из Крыма в Лиман 50—100-тысячную армию союзное командование не решалось, поэтому вопрос о десанте отпал.

Атаковать же Николаев лишь силами флота было нереально. Фарватер Буга был слишком сложен. На Очаковских высотах и на подступах к Херсону русские возвели несколько батарей. Кроме того, у хутора Сиверса в 7 верстах от Николаева было поставлено 18 управляемых с берега мин. Минное заграждение из 57 мин было расположено у хутора Мешан в 5 верстах от Николаева. Малые мины содержали от 1,5 пуда (24,5 кг) пороха и выше. А большой фугас (донная мина) у хутора Сиверса весил аж 52 пуда (852 кг).

Но до минных заграждений англичане не дошли. Несколько раз канонерские лодки союзников входили в Днепро-Бугский лиман и каждый раз отходили, попав под огонь русских береговых батарей.

В середине октября 1855 г. флот вернулся в Балаклаву и Камышовую бухту, оставив у Кинбурнатри французские плавбатареи и несколько английских судов. В крепости же Кинбурн союзники оставили небольшой гарнизон. На этом боевые действия на Черном море закончились.

К осени 1853 г. в составе Отдельного Кавказского корпуса насчитывалось 128 батальонов пехоты, 11 эскадронов кавалерии» 52 полка казаков и конной милиции, 23 батареи (232 орудия). Но подавляющее большинство этих войск сражалось с восставшими племенами горцев, поэтому на турецкой границе находилось только 19,5 батальона пехоты, 2 дивизиона драгун и небольшой число иррегулярной конницы. Поэтому Николай I был вынужден перебросить из Севастополя на турецкую границу 13-ю пехотную дивизию с ее артиллерией. По прибытии 13-й дивизии на границе с Турцией был сформирован Действующий корпус под командованием генерал-лейтенанта князя Василия Осиповича Бебутова (1731—1858). Корпус был разделен на отряды: в Гурии — 6 батальонов, 2 сотни казаков, 34,5 сотен милиции, 12 орудий; в Ахалцыхском уезде — 8 батальонов, 3 сотни казаков, 3 сотни милиции, 8 орудий; в Ахалкалакском отряде — 4,5 батальона, 2 сотни милиции, 4 орудия; в Александропольском отряде — 11,75 батальона, 10 эскадронов, 5 сотен милиции, 48 орудий; в Эриванском уезде — 3,5 батальона, 14 сотен милиции, 8 орудий. Всего в составе Действующего корпуса было 33 батальона, 10 эскадронов, 26 сотен казаков, 54 сотни милиции, 80 орудий. По ходу дела роль Бебутова свелась только к командованию Александропольским отрядом.