В сентябре 1853 г. турецкое правительство потребовало от России вывода ее армии из Дунайских княжеств и вскоре двинуло свои войска в наступление на дунайском и кавказском направлениях.
На Дунае и в Закавказье турки имели существенный перевес в силах. Тем не менее их попытки вытеснить русские войска из Валахии потерпели неудачу. В Закавказье их армия была разбита в сражении при Башкадыкларе (около Карса). Почти одновременно эскадра черноморского флота под командованием вице-адмирала П. С. Нахимова уничтожила у Синопа стоявший там турецкий флот. Это опрокинуло расчеты английских и французских политиков на затяжную войну между Россией и Турцией и заставило их ввести в действие собственные вооруженные силы.
В марте 1854 г. Англия и Франция объявили войну России. Англо-французский флот блокировал морские побережья России, а получившая подкрепление турецкая армия снова развернула наступление на Дунае и в Закавказье.
Первоначально русские войска одерживали победы. Попытки англичан и французов высадить десанты были успешно отражены Особенно тяжелое поражение потерпели англо-французские вооруженные силы при нападении на Петропавловск-Камчатский и на Колу. В Закавказье турецкая армия была вторично разгромлена в сражении при Кюрюк-Дара, а на Дунае русские войска перешли в контрнаступление и осадили крепость Силистру.
Но постепенно положение менялось. Парусный флот отсталой в военно-техническом отношении России не мог рассчитывать на успех в борьбе с паровым флотом Англии и Франции. Русский флот оказался запертым на своих базах в Кронштадте, Свеаборге и Севастополе. Австрия сосредоточила на границе с Россией большую армию и, угрожая войной, заставила царское правительство вывести войска из Молдавии и Валахии, после чего оба княжества были оккупированы австрийцами. Угроза со стороны прусской, австрийской и шведской армий вынудила царизм сосредоточить главные силы русской армии в Польше и Прибалтике. В сентябре 1854 г. в Крыму была высажена англо-франко-турецкая армия. Она разбила в сражении при Альме значительно уступавшие ей по численности и вооружению русские войска (английские и французские войска были вооружены винтовками, русские- старыми гладкоствольными ружьями, с несравненно меньшей дальнобойностью и скорострельностью) и подступила к Севастополю.
Севастополь представлял в то время первоклассную военно-морскую базу, способную отразить нападение англо-французского флота. Но он не имел укреплений с суши, а после отступления русской армии его гарнизон был по сути дела оставлен на произвол судьбы. Руководство обороной города взяли на себя адмиралы В. А Корнилов и П С. Нахимов. Они затопили часть кораблей, загородив флоту противника вход в бухту, а команды судов направили на линию обороны. Туда же была перевезена часть корабельных орудий. Моряки, солдаты и помогавшие им жители города в короткое время соорудили вокруг Севастополя восемь бастионов, вооруженных тяжелой артиллерией, и превратили, таким образом, город в настоящую крепость.
Англо-французская армия и флот подвергли Севастополь ожесточенному обстрелу, чтобы затем взять его штурмом. Но в завязавшейся перестрелке обнаружилось такое превосходство артиллерии севастопольцев, что штурм пришлось отложить и перейти к длительной осаде города.
Русские матросы и солдаты - защитники Севастополя изумили весь мир исключительной самоотверженностью и героизмом. Под градом пуль и снарядов, без достаточного количества снаряжения и боеприпасов они в течение 349 дней стояли насмерть, не уступая противнику ни пяди земли, восстанавливали и даже расширяли свои укрепления, отбивали атаки, наносили контрудары.
С апреля 1855 г. осаждавшие снова начали усиленный обстрел Севастополя, а в мае-июне несколько раз пытались взять город штурмом. Их атаки были отбиты, но положение севастопольцев с каждым днем становилось все более тяжелым. Не хватало пороха, приходилось отвечать одним выстрелом на два-три, затем на пять-шесть и, наконец, на восемь-десять выстрелов противника. Не хватало леса для строительства блиндажей, и поэтому потери гарнизона возросли до 2-3 тыс. убитых и раненых в день.
Русские войска в Крыму неоднократно ударами по армии союзников с тыла пытались принудить противника снять осаду с Севастополя. Но так как главные силы русской армии продолжали оставаться на западной границе в ожидании нападения со стороны Австрии, Пруссии и Швеции, то численное превосходство сохранялось за вооруженными силами союзников, к которым в начале 1855 г. присоединились войска Сардинского королевства. Каждая попытка наступления русских войск на позиции противника терпела неудачу. В ноябре 1854 г. русские войска проиграли сражение на Инкерманских высотах, в феврале 1855 г. было отбито их наступление на Евпаторию, где укрепился турецкий корпус, а в августе 1855 г. им было нанесено поражение в сражении на Черной речке. Вскоре после получения известия о неудаче наступления на Евпаторию умер Николай I. Молва говорила о самоубийстве царя, осознавшего неизбежность проигрыша войны. На престол вступил старший сын царя - Александр II.
В сентябре 1855 г. армия союзников предприняла новый штурм Севастополя, в результате которого были захвачены укрепления на Малаховом кургане, господствовавшие над городом; тогда русское командование приняло решение оставить разрушенный город и отвести гарнизон на северную сторону Севастопольской бухты. Падение Севастополя предопределило исход войны.
В Закавказье русские войска летом 1855 г. перешли в наступление и продвинулись почти до Эрзурума. Главные силы турецкой армии укрылись в Карее и отразили предпринятый русскими штурм крепости, но в ноябре 1855 г. вынуждены были сложить оружие. Попытка союзников вторгнуться в Грузию со стороны моря также потерпела неудачу. Однако это уже не могло существенно улучшить общее стратегическое положение России. Англо-французский флот продолжал блокировать русское побережье на Балтике, в Черном море и на Дальнем Востоке, подвергая бомбардировке прибрежные районы. Десанты с этих эскадр заняли Бомарзунд на Аландских островах, Керчь и Кинбурн в Причерноморье. Главное же - экономика отсталой, феодально-крепостнической России оказалась не в состоянии выдержать тяжесть продолжительной войны. Не хватало вооружения и боеприпасов, денег и продовольствия, не было железных дорог для быстрой переброски войск на угрожаемые направления. Не было также обученных людских резервов для пополнения действующей армии. «Крымская война показала гнилость и бессилие крепостной России»(В. И, Ленин, «Крестьянская реформа» и пролетарски-крестьянская революция, Соч., т. 17, стр. 95.), - писал В. И. Ленин.
Все это непосредственно отражалось на внутреннем положении России. Крестьянские восстания во время войны охватывали целые губернии. Особенно сильные волнения произошли в связи с набором крестьян в ополчение.
В то же время выявилось недовольство со стороны части дворянства, напуганной ростом крестьянского движения и убедившейся в неспособности царского правительства выиграть войну.
В дополнение ко всему сохранялась опасность вступления в войну Австрии, Швеции и Пруссии, которые открыто угрожали России разрывом дипломатических отношений.
В этой обстановке царское правительство признало безнадежной дальнейшую борьбу и приняло предложение правительства Франции (переданное через Австрию) начать переговоры о мире. Военные действия к концу 1855 г. были фактически прекращены; в феврале 1856г. было заключено перемирие, и делегаты России, Франции, Англии, Австрии, Турции и Сардинии собрались на конгресс в Париже для выработки мирного договора.