Севастополь остался без прикрытия сухопутными войсками. Но пока союзники совершали сложный маневр, обходя город с юга, его жители под руководством военного инженера Э.И. Тотлебена успели в кратчайшие сроки построить на подступах к городу 20 мощных укреплений (форты, бастионы и люнеты), на которых установили 341 орудие (из них 118 тяжелых). Они в большинстве своем были сняты с кораблей. Лучшей наградой Тотлебену стали слова В.А. Корнилова: «В неделю сделали больше, чем прежде делали в год». На фронте в 7,5 верст сформировалась разветвленная система ложементов, передовых окопов и редутов, тщательно приспособленных к местности. Они обеспечивали усиление ружейного огня, затрудняли противнику ведение осадных работ, способствовали производству вылазок, а главное – служили, по выражению Тотлебена, «ушами и глазами обороняющихся». Главные артиллерийские позиции Эдуард Иванович развернул на опорных пунктах-бастионах, приступив таким образом к осуществлению идеи «выноса крепостной артиллерии из фортов на промежутки».
Борьба за Севастополь длилась 349 дней. Первоначально оборону города возглавил вице-адмирал
28 августа (9 сентября) 1855 г.,
после взятия французскими войсками маршала Мак-Магона Малахова кургана, Васильчиков приказал выстроить наплавной мост и за одну ночь вывел уцелевших защитников Севастополя на Северную сторону, где русские войска и оставались до конца войны. Сам генерал последним покинул город-герой по сооруженному по его приказу мосту.За время обороны Севастополя потери противника составили ок. 73 тыс. человек убитыми и ранеными. Русские войска потеряли ок. 102 тыс. человек. (в основном защитники и жители города страдали от ожесточенных артиллерийских бомбардировок). В ознаменование героизма участников Севастопольской обороны была выбита специальная медаль, всем находившимся в городе военнослужащим месяц осады засчитали за год службы.