Tháng 3-1854, sau khi Anh, Pháp tuyên chiến với Nga, chiến tranh cũng đồng thời triển khai trên ba khu vực Balcan, Caucasus và Crimea. Tại khu vực Bancal, quân Nga chủ yếu chiến đấu với quân Thổ Nhĩ Kỳ, sau 3 tháng, quân Thổ Nhĩ Kỳ chiếm ưu thế, quân Nga chuyển công sang thủ, cơ bản cuộc chiến ở khu vực này đã kết thúc.
Tại Caucasus , lực lượng hai bên đổ về đây không nhiều, quy mô chiến đấu khá nhỏ, quân Nga chiếm ưu thế. Ngày 14-9, hơn 300 tàu chiến của quân chủ lực liên quân đưa hơn 60.000 quân đổ bộ lên bán đảo Crimea, bắt đầu tấn công toàn diện vào quân Nga. Do Thống s oái quân Nga nhận định s ai lầm rằng lực lượng chủ lực của liên quân s ẽ tấn công từ phía Tây, nên bán đảo Crimea chỉ có 30.000 quân trấn thủ, điều này khiến liên quân đổ bộ thuận lợi. Sau khi đổ bộ, liên quân nhanh chóng tiến về phía Nam, bao vây căn cứ quan trọng Sevas topol thuộc Hạm đội Hắc Hải của Nga.
Ngày 17-10, cuộc chiến bao vây chính thức bắt đầu. Liên quân đầu tiên tổ chức pháo kích vào Sevastopol, đồng thời tập trung hỏa lực tấn công mạnh, nhưng đã thất bại dưới s ự chống cự ngoan cường của quân Nga. Tiếp đó, liên quân thay đổi s ách lược, xây dựng công s ự ở ngoài thành, áp dụng chiến thuật bao vây tấn công xiết chặt vòng vây bằng tấn công đại bác trên đất liền lẫn trên biển. Đồng thời, 50.000 quân Thổ Nhĩ Kỳ cũng đến chi viện, tăng cường lực lượng tấn công. Trước thế tấn công dữ dội của liên quân, Hoàng đế Nga cũng liên tục đưa quân chi viện đến giải vây, lực lượng thủ thành đạt đến con s ố 100.000 người. Tư lệnh thủ thành là Trung tướng hải quân Kolnilov chỉ huy quân đội đánh bại nhiều đợt tấn công của địch, trụ được 11 tháng trong điều kiện hết s ức khó khăn. Đến ngày 5-9- 1855, liên quân đã tập trung được 700 khẩu đại bác, tiến hành đợt pháo kích quy mô lớn nhất vào quân Nga. Liên tiếp 3 ngày, đạn pháo trút như mưa vào thành, toàn bộ các công s ự của quân Nga bị đại bác liên quân hủy hoại. Ngày 8, liên quân phát động tổng tấn công, quân Nga buộc phải rút khỏi căn cứ. Ngày 9, Sevastopol thất thủ.
Trong cuộc chiến tranh này, hai bên tổn thất nghiêm trọng, tư lệnh thủ thành của quân Nga và Tổng tư lệnh của liên quân đều hy sinh. Quân Nga tổng cộng tổn thất 520.000 quân, quân Thổ Nhĩ Kỳ tổn thất 400.000 quân, quân Pháp 100.000 quân, quân Anh 20.000 quân. Hai bên giao chiến đều tổn thất lớn về vật chất.
Tháng 3-1856, hai bên ký Hòa ước, quy định: Trả lại cho nhau những vùng đã chiếm đóng, bảo đảm nền độc lập và toàn vẹn lãnh thổ của Thổ Nhĩ Kỳ; trung lập hóa Biển Đen, Nga và Thổ Nhĩ Kỳ đều không được lập căn cứ và hạm đội tại biển Đen. Nước Nga hoàn toàn mất đi vị thế xưng hùng tại châu Âu.
