Россия ввела войска в Дунайские княжества, началась подготовка к форсированию Дуная. Стремясь предотвратить войну, великие державы — Англия, Франция, Австрия и Пруссия — подготовили так называемую Венскую ноту, призывая Порту соблюдать все прошлые русско-турецкие договоренности. Султан отверг Венскую ноту и потребовал вывести войска из Дунайских княжеств. В октябре Османская империя объявила войну России. В ответ Николай I обнародовал Манифест о войне с Оттоманскою Портою.
В ноябре 1853 г. Черноморский флот под командованием П. С. Нахимова наголову разбил турецкую эскадру в Синопской бухте. Это было последнее в военно-морской истории крупное сражение двух парусных флотов. Офицеры и матросы показали прекрасную боевую выучку, однако господство русского флота на Черном море было недолгим. В начале 1854 г. туда вошла англо-французская эскадра, что стало прологом войны России с европейской коалицией. Николай I разорвал дипломатические отношения с Англией и Францией и одновременно не сумел получить подтверждение нейтралитета Пруссии и Австрии. Изоляция России стала очевидным фактом.
Весной 1854 г. русская армия под командованием Паскевича перешла Дунай и осадила Силистрию. В ответ Франция и Англия объявили России войну. Союзная эскадра блокировала Балтийское побережье и крейсировала в Финском заливе. В апреле союзная эскадра подвергла бомбардировке Одессу. В болгарском портовом городе Варна сосредотачивался десант союзников, что побудило царя вывести войска из Дунайских княжеств, куда немедленно вступили австрийские части. Венский кабинет разработал «четыре пункта», которые предлагали России признать протекторат великих держав над Дунайскими княжествами, согласиться на международный контроль над устьем Дуная и на пересмотр Лондонской конвенции 1841 г., а также отказаться от исключительного права на покровительство христианским подданным султана. Все это должно было служить интересам европейского равновесия, о поддержании которого долгие годы заботилась российская дипломатия.
«Четыре пункта» могли стать основой для переговоров, на которые Николай I дал согласие. В ответ союзники потребовали ликвидации Севастополя как военно-морской базы и сокращения численности Черноморского флота до четырех военных кораблей. Русский флот — 14 линейных кораблей, 6 фрегатов и 4 пароходофрегата — был блокирован в Севастополе. Англичане провели вызывающе бессмысленные бомбардировки Петропавловска-Камчатского и Соловецкого монастыря. Переговоры между воюющими сторонами, которые при посредничестве Австрии велись в Вене с июля 1854 г., в апреле следующего года были прерваны. Россия вынуждена была продолжать войну, утратив инициативу на суше и на море и при неблагоприятной дипломатической обстановке.
Оборона Севастополя. В сентябре 1854 г. началась высадка союзного десанта, основу которого составляли английские и французские части, в Крыму, в районе Евпатории. Первоначально общая численность армии вторжения составляла более 60 тыс. человек, что почти вдвое превосходило русские силы, находившиеся в Крыму. Назначенный главнокомандующим Меншиков недооценивал решимость и технические возможности союзников и за два дня до начала операции утверждал: «Неприятель никогда не мог осмелиться сделать высадку, а по настоящему позднему времени высадка невозможна». Высадившись, союзники начали движение на Севастополь. Меншиков пытался остановить их на реке Альма, но потерпел поражение. Русская армия отступила в глубь Крыма, к Бахчисараю, что Меншиков объяснял необходимостью сохранить связи с внутренними губерниями России.
Севастополь был оставлен под защитой частей гарнизона и военных моряков. По приказу Нахимова Черноморский флот был затоплен в Севастопольской бухте, что должно было осложнить действия кораблей противника. В конце сентября союзные войска приступили к осаде города. Защитники города в короткий срок создали на подступах к нему мощную систему укреплений, разработанную под наблюдением военного инженера Э. И. Тотлебена. После гибели фактического руководителя обороны адмирала В. А. Корнилова в начале октября во время первого штурма крепости общее командование принял на себя Нахимов. Стремясь помочь осажденным, полевая армия подошла к городу, однако октябрьские бои под Балаклавой, где была почти полностью уничтожена бригада английской легкой кавалерии, и Инкерманом не принесли удачи.