Севастополь играл ключевую роль в Крымской войне 1853—1856 гг. 2(14) сентября 1854 г. 62-тысячная соединенная армия Англии, Франции и Турции высадилась под Евпаторией и направилась к Севастополю, на защиту которого встали 25 тысяч моряков и 7-тысячный гарнизон города. Подавляющим было также преимущество флота нападавших, ввиду чего позднее было принято решение о затоплении российских кораблей для преграждения входа в Севастопольскую бухту. 13(25) сентября город был объявлен на осадном положении, началась Героическая Оборона Севастополя, длившаяся 349 дней, до 27 августа (8 сентября) 1855 года. Благодаря беспримерному мужеству защитников, несмотря на шесть массированных бомбардировок и два штурма, союзники так и не смогли взять военно-морскую крепость Севастополь. Хотя в результате русские войска отошли на Северную сторону, они оставили противнику одни развалины.
        По Парижскому мирному договору (1856) России и Турции запрещалось иметь военный флот на Черном море. Разрушенный город на время потерял стратегическое значение, но стал крупным центром туризма. После упразднения военного порта в Севастополь был разрешен заход иностранных торговых судов. В 1875 году построена железная дорога Харьков-Лозовая-Севастополь. Необходимость возрождения российского Черноморского флота снова возникла в ходе Русско-турецкой войны 1877—1878, когда Турция ввела в Черное море броненосный флот, а Россия смогла противопоставить только вооруженные торговые суда и легкие корабли. В 1890 г. причислен к разряду крепостей, торговый порт перенесён в Феодосию.