В предыдущих русско-турецких войнах главным становился дунайский театр военных действий. На сей раз военные действия на Дунае разворачивались вяло. Гораздо успешнее действовала Кавказская армия, которая отличалась меньшим развитием муштры и большей инициативой офицеров и солдат, привыкших действовать в нестандартных условиях. 19 ноября 1853 г. русская армия нанесла туркам поражение под Карсом.
Днем раньше, 18 ноября 1853 г., выдающуюся победу одержал русский флот под командованием вице-адмирала П. С. Нахимова. В Синопской бухте у северного побережья Малой Азии был сожжен значительно превосходивший силы русской эскадры турецкий флот. Спасся лишь один парусно-паровой турецкий корабль, который русские парусные суда не смогли догнать.
Поражение Турции при Синопе и под Карсом заставило Англию и Францию ускорить вмешательство в войну. В декабре 1853 г. в Черное море вошел англо-французский паровой флот (русские же корабли продолжали оставаться парусными). В марте 1854 г. Англия и Франция официально заключили союз с Турцией и предъявили России ультиматум о выводе ее войск.
Союзники по Священному союзу — Австрия и Пруссия — не пришли России на помощь, а заняли враждебно-нейтральную позицию. Обе державы имели претензии к России: Австрия — из-за Балкан, Пруссия — из-за действий Николая I по германскому вопросу. В результате Россия осталась один на один с враждебной коалицией.
Соотношение сил было не в пользу России. Англо-французские нарезные ружья стреляли вдвое дальше русских гладкоствольных ружей. Парусные русские корабли не могли соперничать с английскими и французскими винтовыми пароходами. Железнодорожный транспорт в России был развит слабо. Ни одна магистраль не соединяла центр страны с черноморским побережьем. Переброска войск морем из Франции занимала меньше времени, чем от северо-западных границ России, где находились основные силы русской армии. Русские по старинке в качестве транспорта использовали лошадь.
В сентябре 1854 г. союзники высадились в Крыму, в районе Евпатории, и повели наступление на главную военно-морскую базу России — Севастополь.
8 сентября 35-тысячная русская армия под командованием А. С. Меншикова встретилась с 60-тысячной армией союзников на р. Альме. Русские солдаты сражались героически, неоднократно переходили в штыковые атаки, но превосходство союзников в численности, дальнобойности артиллерии и стрелкового оружия обеспечило им победу.
Русские войска отступили к Севастополю, а затем отошли к Бахчисараю, чтобы не терять связи с Россией. Союзники обошли Севастополь с юга и повели его осаду. Оборона Севастополя легла на плечи морского гарнизона. Возглавили ее адмиралы В. А. Корнилов, П. С. Нахимов и В. И. Истомин. Сооружением оборонительных рубежей Севастополя руководил инженер Э. И. Тотлебен.
Для того чтобы сделать невозможным появление вражеских кораблей в Севастопольской бухте, на рейде Севастополя были затоплены парусные русские корабли. С суши Севастополь окружили редуты и бастионы. На земляных работах трудилось все население города.
Крымская армия действовала неудачно. В октябре она дважды пыталась атаковать союзников: под Балаклавой и на Инкерманских высотах. В первом сражении был достигнут частичный успех, но во втором русские войска понесли большие потери и были разбиты, несмотря на то что имели численное превосходство над противником.
Положение Севастополя было крайне тяжелым. Не хватало боеприпасов, медикаментов, продовольствия. Англичане и французы методично обстреливали город. Уже в начале октября при обстреле был убит Корнилов. Тем не менее гарнизон сражался и отбивал попытки штурма. Войска союзников несли большие потери от огня обороняющихся, страдали от болезней.
С февраля 1855 г. союзники сосредоточили огонь на господствующей над городом высоте — Малаховом кургане. В начале июня был предпринят первый штурм Севастополя, который, однако, был отбит с большими потерями для нападающих.
Однако положение крепости ухудшалось. Погибли организаторы обороны Нахимов и Истомин. Провалилась попытка нового командующего крымской армией генерала М. Д. Горчакова атаковать союзников на Черной речке.
24 августа началась последняя бомбардировка Севастополя. Через три дня союзники пошли на штурм. Ценой огромных потерь им удалось захватить Малахов курган. Защитники удержали все остальные позиции, но с потерей Малахова кургана оборонять город стало невозможно. Гарнизон был выведен на Северную сторону, уцелевшие здания подожжены, пороховые погреба взорваны. Вступившие в Севастополь союзники нашли лишь груду дымящихся развалин. 11-месячная оборона крепости завершилась.
Падение Севастополя означало поражение России в войне. Страна стояла на грани финансового банкротства, продолжать войну она была не в состоянии. В конце 1855 г. о своей готовности вступить в войну на стороне союзников заявила Австрия. Новый император Александр II (Николай I умер в феврале 1855 г.) вынужден был согласиться на заключение мира. Но и союзники, понесшие тяжелые потери, не решались продолжать наступление вглубь России, понимая, что вторжение в бескрайние степи не сулит им успеха. В марте 1856 г. был подписан Парижский мир. Россия вернула Турции захваченные у нее Карс и Ардаган в обмен на возвращение Севастополя, уступила Турции часть дельты Дуная и Южной Бессарабии. Главное — России было запрещено иметь военный флот и военные базы на Черном море. Южные границы России стали беззащитными. Отмена договора стала главной внешнеполитической целью России до начала 70-х гг. XIX в.
Поражение в Крымской войне продемонстрировало отсталость крепостнической России. Стало ясно, что страна может утратить статус великой державы. Пережитой позор побудил правящие круги к решительным реформаторским шагам. Следствием поражения стала отмена крепостного права.