В этот период обороны Севастополя русские моряки стали блиндировать пароходо-фрегаты, защищая их от артиллерийского обстрела противника. Блиндирование паровых судов наглядно свидетельствовало о том, что уже в период Севастопольской обороны передовые деятели русского флота во главе с Нахимовым и Бутаковым осознали необходимость бронирования кораблей. Только полное отсутствие производственной базы в условиях полуосажденного города не давало возможности создать бронированные прикрытия для паровых судов, и поэтому русские моряки вместо брони сооружали смешанные железно-деревянные прикрытия наиболее важных центров паровых судов и мест скопления личного состава во время боя.
Впервые в истории русскими моряками были осуществлены водолазные работы для заделки пробоин паровых судов. Исправление повреждений при помощи водолазов осуществлялось в боевых условиях, под артиллерийским обстрелом противника, причем русские пароходо-фрегаты не покидали своих позиций и продолжали огонь по противнику.
Стрельба русских пароходов по неприятельским укреплениям велась преимущественно с якоря, однако с перемещением англо-французских батарей ближе к Севастопольскому рейду появилась необходимость вести артиллерийский огонь по ним с ходу. Русские пароходо-фрегаты превосходно маневрировали под огнем противника, умело выбирали наиболее удобные позиции для ведения стрельбы и всегда своевременно прибывали в тот район бухты, где требовалась их срочная помощь защитникам города.
Большое значение для обеспечения боевой деятельности севастопольского гарнизона имела четко налаженная организация переброски войск с Северной стороны на Южную. Малые пароходы, пароходо-фрегаты, гребные суда и плавсредства порта позволяли командованию гарнизона обеспечить маневр резервами в очень большом объеме. Весной 1855 г. вице-адмирал Нахимов доносил главнокомандующему Горчакову, что пароходы и гребные суда способны обеспечить переброску через бухту 20 тысяч солдат и офицеров за одни сутки. Реальность этой цифры была подтверждена 27 августа 1855 г., когда на пароходах и гребных судах через бухту было переброшено 15 тысяч человек в течение нескольких часов.
Различные виды довольствия, оружия и боеприпасов, потребляемые многотысячным гарнизоном города, ежедневно доставлялись пароходами и гребными судами через Большую бухту. О насыщенной деятельности пароходов по обеспечению гарнизона свидетельствовало количество потребляемого пароходами угля. Небольшие пароходы типа «Турок» расходовали от 5 до 10 тысяч пудов угля ежемесячно.
Одновременно с этим пароходный отряд постоянно выполнял задания по перевозке раненых, транспортировке орудий с кораблей на берег и т. п. Несколько парусных кораблей Черноморского флота впервые в истории были оборудованы под госпитальные суда.
Руководство боевыми действиями отряда пароходо-фрегатов до 16 марта 1855 г. осуществлялось командующим эскадрой Черноморского флота вице-адмиралом Нахимовым, который держал свой флаг первоначально на корабле «Двенадцать апостолов», а затем на корабле «Вел. кн. Константин». 1 февраля 1855 г. Нахимов был назначен помощником начальника севастопольского гарнизона, а 2 марта вступил в должность командира Севастопольского порта и военного губернатора Севастополя. В связи с этим с 16 марта в командование эскадрой вступил контр-адмирал П.М. Юхарин. Смена командования сильно отразилась на боевой деятельности отряда пароходо-фрегатов, что особенно сказалось во время третьей бомбардировки Севастополя, начавшейся 25 мая.
Контр-адмирал Юхарин не сумел оказать своевременной поддержки левому флангу русской обороны, на который противник направил основной удар. Ни 25, ни 26 мая он не дал никаких распоряжений о готовности пароходо-фрегатов, заблаговременно не расположил паровые суда в восточной части бухты, а в 6 часов 26 мая, когда противник уже вел усиленную канонаду, поднял для эскадры сигнал: «Команде купаться».
Командиры русских паровых судов, понимая напряженность обстановки на левом фланге обороны, проявили инициативу. Пароходо-фрегат «Громоносец», несмотря на сигнал с флагманского корабля, запрещавший ему идти в восточную часть рейда, открыл огонь по неприятелю с дальней дистанции и начал разводить пары. Пароходо-фрегаты «Одесса», «Бессарабия», «Владимир» и «Крым» также начали обстрел противника с дальней дистанции и стали быстро разводить пары, чтобы идти к Килен-балке. Интенсивный огонь по скоплениям противника открыли линейный корабль «Храбрый» и находившаяся на Северной стороне батарея № 4. В 22 часа все пять пароходо-фрегатов снялись с якоря и быстро пошли в восточную часть Севастопольской бухты. Они вошли в Килен-бухту, приблизились на самое минимальное расстояние к берегу и начали картечью обстреливать англо-французские войска. Артиллерийский обстрел противника продолжался всю ночь, пароходо-фрегаты оказали большую поддержку левому флангу русских войск, наступление противника было остановлено, однако два редута и люнет остались в его руках.