Жители Петербурга с конца 1854 г . все чаще замечали по ночам высокую фигуру императора, в одиночестве ходившего по Дворцовой набережной. Здоровье все чаще подводило его, но он не обращал на это внимания. В начале февраля 1855 г . Николай слегка простудился. Несмотря на это, к изумлению придворных, он надел легкий плащ и при 20-градусном морозе поехал на смотр войск в открытых санях. Назавтра он повторил эту поездку. Возмущенный доктор заявил, что это самоубийство. И действительно, вечером царь слег. Последним его распоряжением было смещение Меншикова и назначение на его место М.Д. Горчакова. Прощаясь с семьей и старшим сыном Александром Николаевичем, он сказал: «Мне хотелось, приняв на себя все трудное, все тяжелое, оставить тебе царство мирное, устроенное и счастливое. Провидение судило иначе. Теперь иду молиться за Россию и за вас. После России, я вас любил более всего на свете. Служи России». 18 февраля 1855 г . Николай I умер. Современников поразила эта внезапная смерть. Нечаянная реплика доктора передавалась из уст в уста, обрастая причудливыми подробностями. Говорили даже, будто по требованию царя доктор дал ему яду.
Замена главнокомандующего не внесла перелом в ход войны. Весной возобновились бомбардировки Севастополя. После одной из них, особенно продолжительной, на рассвете 6 июня союзники пошли на штурм. Сразу же заговорили русские пушки. Французам, атаковавшим Малахов курган, удалось зайти в тыл и захватить несколько домов на Корабельной стороне. Перелом в ход сражения внесла отчаянная атака роты саперов, случайно оказавшихся рядом. Подоспевшими подкреплениями неприятель был выбит с окраин города. Англичане, шедшие на штурм Третьего бастиона, были остановлены в 400 м от цели. В восьмом часу утра союзное командование дало отбой. Штурм был отбит с большими потерями у нападавших. Лорд Раглан, находившийся в подавленном настроении, через несколько дней скоропостижно скончался.
Много отважных людей защищало Севастополь, но среди них первое место по праву принадлежит адмиралу Нахимову. В руках Павла Степановича находились все нити обороны. Неутомимый в своих бесчисленных заботах, простой и доступный, невозмутимо спокойный в момент опасности, он пользовался одинаковой любовью офицеров, матросов, солдат, жителей города. К нему и обращались чаще не как положено было по уставу («ваше превосходительство»), а по имени и отчеству. Больше всего Нахимов не любил барства в армии и на флоте. «Пора нам перестать считать себя помещиками, а матросов — крепостными людьми!» — говорил он командирам.
Редели ряды защитников Севастополя. Еще в марте 1855 г . погиб ближайший помощник Нахимова адмирал Истомин. Летом, когда бомбардировки участились, резко возросли потери. Подкрепления не успевали подходить. Против 75-тысячного севастопольского гарнизона стояла 170-тысячная армия союзников. Полевая армия, под непосредственным командованием князя Горчакова, вела себя пассивно.
Сподвижники Нахимова с некоторых пор начади догадываться, что он решил погибнуть вместе с Севастополем. У адмирала появилась опасная привычка выходить на бруствер и наблюдать в подзорную трубу за неприятельскими позициями. «Ждет свинца», — с тревогой говорили солдаты. 28 июня он приехал на Малахов курган, по обыкновению вышел на вал. Его золотые эполеты блестели в лучах вечернего солнца. «Они сегодня довольно метко стреляют», — сказал он, когда одна пуля попала рядом в мешок с песком. Другая пуля попала ему в голову. Через день П.С. Нахимов умер, не приходя в сознание.
24 августа началась новая бомбардировка, а 27-го союзники вновь пошли на штурм. Теперь им удалось захватить Малахов курган, Горчаков дал приказ к отступлению. Закончилась 349-дневная оборона Севастополя.
Его падение решило исход войны. Русская армия была обескровлена, казна пуста, хозяйство расстроено. Взятие Карса на Кавказе не исправило положение. В конце 1855 г . Австрия предъявила России ряд жестких требований, угрожая вступить в войну. Новый император, Александр II, решил пойти на переговоры о мире.
Вскоре в Париже открылся мирный конгресс. Вопреки ожиданиям, союзники не стали выдвигать заведомо неприемлемых требований. Слишком еще свежи были воспоминания об изнурительной и кровопролитной осаде Севастополя. По Парижскому мирному договору, подписанному в марте 1856 г ., Россия потеряла острова в дельте Дуная и часть Южной Бессарабии. Самым тяжелым для России условием договора было запрещение держать военный флот на Черном море.
Николаевская Империя потерпела серьезное военное поражение. Жестокий удар был нанесен по официальной доктрине о превосходстве российских порядков над европейскими. Наоборот, война беспощадно обнажила отсталость России, гнилость николаевской Империи. Однажды Александр II услышал рассказ хирурга Н.И. Пирогова, вернувшегося из Севастополя, о царящем в армии наглом воровстве. «Неправда, не может быть!» — резко сказал царь, повысив голос. «Правда, государь, когда я сам это видел», — отвечал Пирогов, тоже повысив голос. «Это ужасно!» — воскликнул Александр, сразу сдаваясь.