Для русских пароходов, так же как и для всего севастопольского гарнизона, многомесячная оборона главной базы флота в действительности была непрерывным сражением. Вместе с пехотными частями и флотскими экипажами, сражавшимися на суше, на рейде Севастополя действовали 4600 моряков, составлявших команды пароходов, парусных кораблей и гребных судов. Командующий эскадрой вице-адмирал Нахимов наряду с руководством сухопутным гарнизоном непосредственно направлял боевую деятельность русских кораблей. Особенно большое значение он придавал действиям паровых судов, которые были предметом особых забот адмирала.
Артиллерия русских пароходо-фрегатов представляла собой серьезную силу, которая всегда сосредоточивалась на угрожаемых направлениях обороны. Значение этой поддержки заключалось не только в самом факте стрельбы 70 орудий пароходо-фрегатов с приморского фланга по позициям и скоплениям противника на берегу, но и в возможности сосредоточивать на угрожаемом участке большое количество корабельной артиллерии, т. е., другими словами, в маневре артиллерией. И, действительно, не раз бывало, что в напряженный момент боевых действий на берегу русские пароходо-фрегаты сосредоточивались в назначенном районе рейда и огнем своих орудий уничтожали скопления неприятельских войск, подавляли его батареи и опорные пункты, срывали осадные работы.
Паровые суда использовались систематически. Изо дня в день личный состав пароходо-фрегатов осуществлял огневое содействие сухопутному гарнизону, перебрасывал резервы в различные районы города, орудия и боезапас, вел наблюдение за противником как у входа на рейд, так и в восточной части бухты в районе Инкермана. Особенное значение имела стрельба с пароходо-фрегатов в восточной части бухты, т. е. в том районе, где укрепления противника были недосягаемы для русской крепостной артиллерии.
Еженедельно на позиции противника обрушивались сотни снарядов с русских пароходов. Так, за две недели, с 9 по 22 ноября, только один пароход «Херсонес» сделал по неприятельским позициям 300 выстрелов ядрами и бомбами, а в декабре 1854 г. и январе 1855 г. с этого же парохода было сделано 715 выстрелов. Пароход «Одесса» с 23 ноября по 2 декабря 1854 г. сделал по противнику 395 выстрелов, пароход «Владимир» за 6–8 ноября – 247 выстрелов и т. д.
23 ноября командиры пароходо-фрегатов «Владимир» и «Херсонес» получили секретное предписание Нахимова о выходе с Севастопольского рейда для нападения на неприятельские корабли и береговые укрепления. В полдень 24 ноября оба пароходо-фрегата вышли из Севастопольской бухты, и в 13 час. 30 мин. они были на траверзе Стрелецкой бухты. Пароходо-фрегат «Херсонес» открыл огонь по двум неприятельским пароходам и береговым укреплениям противника, расположенным у мыса Херсонес. Пароходо-фрегат «Владимир» подошел к французскому пароходу «Мегара» и открыл по нему огонь, однако противник стал быстро отходить к Херсонесскому маяку, где в это время находилась эскадра англо-французских кораблей. Бутаков начал преследовать «Мегару», но ей удалось уйти под защиту корабельных орудий своей эскадры. За «Владимиром» бросились в погоню несколько пароходов противника, однако Бутаков умелым маневрированием завлек один из них под выстрелы русских береговых батарей, и преследование было прекращено. Успешно выполнив задание, русские пароходы возвратились в главную базу. После этой стрельбы флот противника находился в постоянном напряжении, ожидая новых нападений русских кораблей из Севастопольской бухты.
Наиболее яркий пример четкой организации взаимодействия между пароходами и сухопутными войсками дают бои за овладение передовыми позициями за Килен-балкой. Идея этого наступления против правого фланга войск противника была высказана контр-адмиралом Истоминым еще осенью 1854 г., однако до февраля 1855 г. Меншиков препятствовал воплощению ее в жизнь.
Наступлению за Килен-балкой предшествовала тщательная подготовка. В начале февраля по распоряжению Нахимова из вспомогательных судов и плавсредств порта был устроен мост, связывавший оба берега Килен-бухты. На флагманском корабле «Вел. кн. Константин» состоялся военный совет с участием командиров пароходо-фрѳгатов, на котором была разработана диспозиция для пароходов и определены их боевые задачи. Нахимовым, Истоминым и Хрущевым была разработана система сигнализации для совместного действия пароходо-фрегатов, приморских батарей Северной стороны, батарей Южной стороны и пехотных частей, выделенных для наступления. Пароходами и гребными отрядами были заблаговременно доставлены в Троицкую балку необходимые инструменты, туры и фашины для устройства инженерных сооружений за Килен-балкой.
Подступы к району намечавшихся боевых действий были заранее пристреляны как с пароходов, так и с батарей Малахова кургана и бастионов № 2 и 3. На всем левом фланге русской оборонительной линии были установлены наблюдательные посты, которые должны были информировать командиров пароходов и батарей о движении войск противника.