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1854年9月20日，俄军在阿利马河畔失利后笑片影乡，在缅希科夫海军上将指挥下撤向塞瓦斯托波尔，尔后又撤向巴赫奇萨赖。塞瓦斯托波尔城防军（约7000人）在英法联军（6.7万人，英国将军腊格伦和法国将军康罗贝尔指挥）突击下，于9月25日宣布戒严。英法联军占领巴拉克拉瓦和卡梅申港口，作为英法联合舰队主要基地和军队补给站。塞瓦斯托波尔陆上没有预有准备的城防阵地（南区仅有一些旧的和新修的工事，配火炮145门），处境十分艰危，濒海一侧有13个海岸炮连（止派伤火炮611门）担负掩护核按于危频财提任务。黑海舰队主力（帆力战列舰19艘官广事秋资级斗、汽轮巡航舰6艘、帆力巡航舰4艘及其它舰船，2.45万人）停泊在塞瓦斯托波尔停泊场。联军各型战舰比俄国舰队多2倍，各型哪评山议叫然同落实古汽轮舰船比俄军多8倍（共计战列舰34艘、巡航舰55艘，其中包括4艘汽轮战列舰夫拿就混众历前波和50艘汽轮巡航舰）。负责城防的黑海舰队参谋长科尔尼洛夫海军中将和分舰队司令纳希莫夫海军上将利用英法联军统帅部未作出行进间攻击塞瓦斯托波尔的决定的机会，采取了加强防务来自的紧急措施。9月23日，俄军在北部湾入口处沉没旧战列舰五艘和巡航舰两艘，把部分舰炮搬上了陆地，并将水兵编成22个营。塞瓦斯托波尔防御战的最初三周，俄军在中校工程师托特列边指导下，修筑工事20处，布设在塞瓦斯托波尔南区的火炮就有341门（其中重炮118门）。联军有火炮144门。因此，在短360问答期内建成了纵深梯次配置的防御体系，可有效地发挥了兵力和兵器（包担证括舰炮和岸炮）的作用。棱堡（支撑点）是防御的基础。塞瓦斯托波尔城下建立了求斤普器婷3道防御地带（防线）和一个前进阵地，构筑了掩体和堑壕，第一次在俄国使用了掩蔽部。火力和堑壕配系相结合为进行阵地战奠定了基础。
英法联军统帅部率军抵达塞瓦斯托波尔南区之后，计划在陆海军猛烈炮火支援服进依下，一举拿下该城（当川唱战句刚沉粒时塞瓦斯托波尔的联军有6.7万人，守军仅有3.66万人）。塞瓦斯准东欢乎随汉普规界托波尔守军先发制人，于1854年10月17日晨（第一次炮击之日）以猛烈炮火轰击敌军。在这次炮击中舰炮和岸炮密切火力协同获得成功。俄国水兵有史以来第一次在汽轮巡界掌你刻合声着和知其穿航舰上采用，舰体人工倾斜法，增大火炮射角，使舰炮射程由18链增至25链。对岸上不可见目标进行射击时运用设在高地上的舰艇观察哨进行射击校正，是使用舰炮的一种新方法。守军作战果断灵活，压制了联军几乎全部炮兵。1854年10月5日科尔尼洛夫身负致命重伤后，由纳希莫夫接替指挥。当天下午，联军50艘艇舰炮击塞瓦斯托波尔，使用1340门火炮连续炮击达5小时之久。在俄军炮火下，许多联军舰支损伤严重。撤离了塞瓦斯托波尔，未敢再来炮击该城。
1854年11月5日，俄军从因克尔曼方向冲击英军阵地。部署是：索伊莫诺夫指挥的1.9万人、38门炮，沿基连山谷向东南方向进攻；巴甫洛夫指挥的1.6万人、96门炮，从因克尔曼桥向南进攻。西支队由彤伦堡统一指挥。戈尔恰科夫指挥的2万人负责牵制法军并攻占萨朋山。南部要塞守军则以火力支援进攻部队，并派小分队出击，借以吸引法军的注意，此外，还以6000人掩护通往巴赫契萨赖的交通要道。英军阵地成两面三刀线配置：第一线9000人，23门炮；第二四给裂具际线1.4-1.5万人。战役在极其复杂的地形上进行，俄军对地形很不熟悉（战役结束的后的第二天才收到从彼得堡送来的地图）。战见役前连续下雨，使部队火炮行动困难，因此炮兵未能充分发挥作用。俄军选择的作战地形狭窄，起父矿兰简部队拥挤，成为联军火炮打击的目标。6时许，大雾弥漫。索伊莫诺夫首先对英军正面发起突然袭击。按计划，巴甫洛夫应攻击其翼侧。但后者因因克尔曼桥未及时修好，耽误了时间，这样战役一开始，两支主攻困径路作信率载部队就丧失了协同，并服千参较找约婷使英军警觉，迅速占领阵地，以猎兵枪和炮火打击索伊莫组很剂练谁脸云植诺夫部队，迫其后撤。此时，俄军急需投入预备队发展胜利，介预备队指挥官察波克里茨基在1公里以外按兵不动。关键时刻，英军向法军求援，形成优势兵力，迫使索伊莫诺夫部队向塞瓦斯托波尔退却，巴甫洛夫部队向因克尔曼桥退却。这样，俄军进攻受到严重挫折，损失10634人，其中有索伊莫诺夫等5名将军，联军损失4700人，其中有3名将军（参见因克尔曼战役）。
塞瓦斯托波尔久攻不克，旷日持久，尔后，联军又5次炮击塞瓦斯托波尔。联军使用重型野炮，数量很大。塞瓦斯托波尔军民一面抗击联军军冲击，一面顺利进行对联军炮兵斗争和坑道地雷战，并采取小群多次夜间出击。据俄方统计，俄军所挖地洞总长度达6889米，大型爆破94次，联军挖地洞1280米，爆破120次。1855年2月17日俄军企图攻占增援部队登陆点叶夫帕托里亚，未果。缅希科夫被解职，戈尔恰科夫继任克里木军总司令。4月9日，联军对塞瓦斯托波尔开始第二次炮击，持续达10昼夜。俄军在南部要塞有1000门火炮，其中466门可打击联军攻城炮兵阵地，但炮弹不足，俄军火炮发射次数只有联军一半。10昼夜中，俄军损失约6000人；联军损失不大，但预定的强攻再次被迫推迟。但兵力对比发生了有利于联军的变化。至1855年5月，联军总兵力为17.5万人，克里木守军为8.5万人（其中4.3万人坚守塞瓦斯托波尔）。英法联军借此积极作战。5月底，联军夺取了塞瓦斯托波尔主要阵地——马拉霍夫岗（防务由伊斯托明海军少将负责）前沿的多面堡。守军伤亡不断增加（3月损失约9000人，4月1万余人，5月约1.7万人）。曾有数日，联军每日向塞瓦斯托波尔发射炮弹5万发，而俄军则深感炮弹不足。6月6日～10日，联军第三次猛烈炮击塞瓦斯托波尔，持续5昼夜。联军企图夺取要塞以东之马拉霍夫岗，占领了左翼前沿多面堡。6月17日，联军第四次炮击塞瓦斯托波尔，持续两昼夜，重点打击船只泊区。18日联军向该方向发起强攻，再次企图占领马拉霍夫岗。俄军顽强抵抗，打退了进攻，但损失达7000人。联军首次强攻塞瓦斯托波尔之后，英军总司令兼联军总司令拉格伦死亡。法国皇帝拿破仑第三坚持由法国人担任联军总司令，并且要求迅速攻下塞瓦斯托波尔。7月10日，纳希莫夫身负致命重伤。俄军总司令戈尔恰科夫获得增援后，决定进行一次会战，从黑河方向进攻法军阵地。为此准备投入5.8万人，272门炮。如进攻得手，要塞内守军也准备出击。法军阵地位于费久辛高地。俄国进攻部队首先必须通过8公里的开阔地，越过两道水障（黑河和与之并行的—条水渠），才能接近法军所在的高地。俄军进攻时间定在8月16日。拂晓前，部队在浓雾掩护下出动。左路由利普兰迪指挥，右路由里德指挥。利普兰迪部队尚未接近联军阵地时。里德即提前下令向费久辛高地开炮。当即发现距离太远，火炮射程达不到。于是停上射击，转移炮兵阵地，但炮声惊醒了法军，他们迅速进入阵地，准备迎战。当里德转移炮兵阵地时。利普兰迪恰好接应联军并打响，他发现对方已有充分准备，而且得不到里德部队的配合，进退两难。戈尔恰科夫亲自赶到利普兰迪部队，但拿不出对策。稍后，里德部队也恢复进攻，逐次增加兵力。一个团一个团地投入战斗，但各团部队都独立行动，互不协同。导致进攻受挫。里德将军阵亡，部队失去指挥，陷于混乱。戈尔恰科夫为了转移法军注意力，命令利普兰迪部队进攻，但为时已晚。法军在歼灭里德部队之后，转移兵力对付利普兰迪。俄军伤亡惨重。10时许，戈尔恰科夫被迫下令撤回黑河彼岸。此役俄军损失8000余人。黑河会战后，塞瓦斯托波尔守军再也得不到增援，防御设施破坏情况愈来愈严重，由于人力不足，无法修复。联军则加紧准备新的强攻。8月17日，联军开始第五次炮击，动用800门炮，持续3天。9月5日，联军开始第六次，也是最猛烈的一次炮击，动用了807门炮，倾泻炮弹15万发。火炮密度达到1公里正面150门。炮击持续3天。第二、第三号炮台和马拉霍夫岗的防御设施被摧毁，南部要塞几乎成为一片废墟。俄军每天伤亡2—3千人。9月8日中午，联军13个师和1个旅（共6万人）发起强攻（守军4万人），经过多次激战，占领了马拉霍夫岗。9月8日晚7时，俄军放弃南区，夜间，利用浮桥和船舶向北区转移，尔后与缅希科夫部队会合。俄军全军携带炮兵和后勤一夜之间进行如此有计划的撤退，可谓史无前例。
