До Севастопольской обороны артиллерийская стрельба с кораблей флота производилась только по видимым целям. С увеличением же дальности стрельбы появилась возможность стрелять по невидимым целям, что было крайне необходимо в условиях боевых действий под Севастополем, так как многие объекты противника были скрыты береговыми возвышенностями.
Но стрельба по невидимым целям требовала детальной разработки приемов корректировки. «Русские моряки справились и с этой задачей, применив два основных приема: корректирование огня судовой артиллерии с возвышенностей офицерами, специально съезжавшими для этой цели с пароходов на берег, и наблюдение за местами разрывов снарядов с последующим сообщением результатов обстрела командирам пароходов наблюдательными постами сухопутной оборонительной линии.
В начале октября командование коалиционной армии решило окончить осаду Севастополя победоносным штурмом. На 5 октября была назначена общая бомбардировка города, за которой должен был последовать штурм. В бомбардировке должна была принять участие вся осадная артиллерия, подвезенная к Южной стороне, а также мощная корабельная артиллерия соединенного флота.
В ночь на 5 октября англо-французские войска приготовились к артиллерийскому обстрелу русских позиций. Узнав об этом, русские решили упредить противника в открытии огня. Замысел врага был сорван. От огня русской артиллерии французские батареи понесли серьезный урон и в 11 часов вынуждены были прекратить огонь.
На левом фланге русских позиций продолжалась борьба против английских батарей. Англичане вели обстрел бастиона № 3 и батарей Малахова кургана. С русской стороны на этом фланге, кроме крепостных орудий, успешно действовала морская артиллерия линейных кораблей «Гавриил», «Ягудиил», пароходо-фрегатов «Владимир», «Крым» и «Херсонес». Во второй половине дня противник был вынужден прекратить обстрел русских позиций и на этом фланге.
Около полудня 5 октября (с опозданием на пять часов) к входу на Севастопольский рейд стал приближаться соедининенный флот, состоявший из 50 паровых и парусных судов, вооруженных 2680 орудиями крупного калибра. В 12 часов пять русских береговых батарей открыли огонь из 150 орудий по неприятельскому флоту. Пароходо-фрегаты «Одесса» и «Бессарабия», находившиеся у самого входа в бухту, также открыли огонь по противнику из бомбических пушек.
Несмотря на подавляющее превосходство артиллерии, противник не добился успеха. Русские артиллеристы вели исключительно меткий прицельный огонь, в результате которого неприятельскому флоту были нанесены серьезные повреждения. Линейный корабль «Париж» получил 50 пробоин выше ватерлинии, три подводные пробоины и 100 попаданий в рангоут; одна из бомб совершенно снесла ют корабля. В линейный корабль «Агамемнон» было 215 попаданий, на линейных кораблях «Лондон» и «Кин» возникли сильные пожары, причинившие большой урон, на линейном корабле «Наполеон» с трудом заделали опасную подводную пробоину, на линейном корабле «Шарлемань» одна из бомб пробила все палубы и взорвалась в машинном отделении, линейный корабль «Родней» потерял управление и сел на мель. К вечеру 5 октября соединенный флот был вынужден отойти от Севастополя.
Потери в людях составляли: на русских береговых батареях 138 убитых и раненых; на английских, французских и турецких кораблях – до 520 убитых и раненых.
При отражении комбинированной атаки противника 5 октября 1854 г. отдельные русские орудия сделали до 400 выстрелов. Тактика русских артиллеристов характеризовалась последовательным сосредоточением огня по важнейшим объектам противника.
Высокое мастерство проявили русские солдаты и матросы при восстановлении своих позиций, разрушенных во время бомбардировки. Уже к утру б октября основные повреждения были устранены; вместо подбитых орудий на батареях были поставлены новые. Гарнизон Севастополя блестяще выдержал первую серьезную атаку врага.
Тяжелым уроном для защитников города была гибель талантливого организатора обороны, начальника штаба флота, передового русского адмирала Владимира Алексеевича Корнилова. С этого времени вся тяжесть организации отпора врагу полностью легла на адмиралов П.С. Нахимова, В.И. Истомина и других передовых офицеров русской армии и флота.