12 марта Англия, Франция и Турция заключили союзный договор. Западные державы признали необходимым сохранить суверенитет и территориальную целостность Турции и обязались направить свой флот и сухопутные войска для освобождения Дунайских княжеств от русской армии. 27 марта королева Виктория объявила войну России, днем позже это сделал император Наполеон III. 10 апреля была подписана англо-французская конвенция, дополнившая союзный договор. Началась «большая война».
В марте 1853 г. английская, а затем французская эскадры вошли в Балтийское море. Союзный флот подошел почти к самому Петербургу, но причинить практического вреда надежно защищенному городу не мог. Русский флот, будучи слабее англо-французского, укрылся в Финском заливе под защитой фортов Кронштадта и Свеаборга. Союзники предпочли ограничиться установлением блокады русских балтийских берегов, нападением на незащищенные пункты побережья, захватом торговых и рыболовецких судов. Единственно серьезной операцией на Балтике в кампании 1854 г. стало взятие французскими войсками укрепления Бомарзунд на Аландских островах. Нападению подверглись и окраины Российской империи: Соловецкий монастырь на Белом море и Кола на Мурманском побережье, а также Петропавловск-Камчатский на Дальнем Востоке. Эти диверсии не принесли союзникам славы.
Летом 1854 г. произошел вывод русских войск из Дунайских княжеств. Причиной тому послужили неудачная осада Силистрии, концентрация англо-французских сил в районе болгарского города Варна, а главным образом, неприязненная позиция Австрии, которая, заключив 20 апреля оборонительный и наступательный союз с Пруссией, угрожающе сосредотачивала в тылу и на флангах русской армии все новые и новые воинские части. Согласно особому договору венского кабинета с Портой от 14 июля территории Молдавии и Валахии занимали австрийские войска. Основные военные действия развернулись теперь на Крымском полуострове, непосредственно на территории России. Стало очевидным, что союзники действуют не во имя защиты Турции, но стремятся подорвать мощь России.
В сентябре 1854 г. в районе Евпатории высадилась 70-тысячная англо-франко-турецкая армия под командованием французского маршала А. Сент-Арно и английского генерала Ф. Раглана. Она сразу же двинулась к главной военно-морской базе в Крыму – Севастополю. Главнокомандующий русскими вооруженными силами в Крыму А. С. Меншиков (возглавлявший чрезвычайное посольство в Стамбул в 1853 г.) попытался задержать неприятеля у реки Альма (20 сентября), но сделать этого не сумел. Превосходство союзников в численности и вооружении вынудило русских отступить. Вместо того чтобы защищать Севастополь, Меншиков неожиданно отвел армию к Бахчисараю. Фактически Севастополь, почти лишенный сухопутных укреплений, мог быть взят с ходу, но на руку русским пришлись сомнения Сент-Арно в успешном штурме. Союзная армия обошла город, избрав своей основной базой расположенную южнее Севастополя Балаклаву. Этой оплошностью воспользовались вице-адмиралы В. А. Корнилов и П. С. Нахимов, которые организовали строительство укреплений вокруг города. Под угрозой оказался находившийся на Севастопольском рейде черноморский флот России. Состоявший по большей части из парусных кораблей, он количественно вчетверо уступал армаде противника, в которой преобладали винтовые паровые суда. Чтобы воспрепятствовать проникновению в Большую бухту вражеских судов, пришлось затопить у ее входа часть кораблей, а их пушки и экипажи были переброшены на сушу.
17 октября 1854 г. союзники предприняли первую бомбардировку Севастополя. Началась его героическая оборона, продолжавшаяся 11 месяцев. Меншиков попытался деблокировать город, нанеся неожиданный удар по Балаклаве. Никакого стратегического выигрыша атака русских в Долине смерти не принесла, но в ходе боя из-за опрометчивого приказа Раглана погибла целая бригада легкой кавалерии англичан (25 октября). Наметившийся было успех русских в кровопролитном сражении в районе Инкермановских высот не был развит (5 ноября). К находившимся на грани разгрома английским частям подоспели на помощь французы. Русские отступили, понеся значительные потери. Война стала принимать затяжной характер.
Британская и французская дипломатия приложила энергичные усилия по изоляции России и расширению антироссийской коалиции за счет германских, итальянских, скандинавских стран, Испании. 2 декабря 1854 г. Австрия заключила союзный договор с Англией и Францией. Это решение венского двора объяснялось, главным образом, желанием продлить на неопределенный срок оккупацию Молдавии и Валахии с перспективой их аннексии. Франц Иосиф взял обязательство защищать Дунайские княжества от возвращения туда русской армии. На тот случай, если между Австрией и Россией начнутся военные действия, три договаривающиеся стороны обещали друг другу оборонительный и наступательный союз.
Внешнеполитическое положение России резко ухудшилось. В январе следующего года в войну вступило Сардинское королевство, где рассчитывали заручиться поддержкой французского императора в деле объединения Италии. 16-тысячный итальянский корпус отправился в Крым. Большего добиться англо-французской дипломатии не удалось. Несмотря на все ее попытки втянуть в войну с Россией Швецию, где оживились, казалось, забытые реваншистские настроения, Стокгольм подписал с западными державами лишь оборонительный договор на самом исходе войны. Одной из причин осторожного поведения шведского двора была ничтожность успехов англичан и французов на Балтике, хотя туда в 1855 г. была направлена новая, более мощная эскадра союзников.
Кампания в Крыму 1855 г. стала последней. Вслед за неудачной атакой русскими турецкого лагеря в Евпатории (17 февраля) последовало увольнение Меншикова с поста главнокомандующего. Меншиков – полководец оказался под стать Меншикову – дипломату. Новый главнокомандующий М. Д. Горчаков также не отличался активностью. К кульминационному моменту севастопольской эпопеи 175-тысячной армии союзников противостояли 45 тыс. русских солдат и офицеров в осажденном городе и 65 тыс. в различных пунктах Крыма. Бой у Черной речки (16 августа) – последней попытке русского командования облегчить положение осажденных севастопольцев контрударом во фланг противника – сложился крайне неудачно для русских. 8 сентября большая часть Севастополя была занята союзными войсками, но, найдя там одни развалины, они вернулись на свои позиции. Крайнее истощение сил обеих воюющих лагерей на полуострове привели к прекращению военных действий. Крупные успехи русских на Кавказе к концу 1855 г. оказать влияние на результаты войны уже не могли. Солдаты уступили место дипломатам.
Взятие Севастополя удовлетворило тщеславие Наполеона III, а его личный недруг Николай I, поборник венских договоров, умер в марте 1855 г. В Тюильри могли считать основные цели войны достигнутыми. Оружие Франции покрыло себя славой, был взят реванш за поражение в 1812–1815 гг., укрепилось положение императора внутри страны и империи в Европе. Мощь России на Юге была сильно подорвана: она потеряла главную черноморскую крепость, лишилась флота. Дальнейшее ослабление России не отвечало интересам Наполеона, это было бы на руку лишь Англии, правящие круги которой во главе с Пальмерстоном (в феврале 1855 г. он стал премьер-министром) настаивали на продолжении военных действий. Однако воевать без Франции и ее сухопутной армии Англия не могла. 25 февраля 1856 г. в Париже открылся завершивший Крымскую войну конгресс. В нем принимали участие воевавшие Россия, Великобритания, Франция, Турция и Сардиния, а также Австрия и Пруссия. Конгресс проходил под председательством двоюродного брата французского императора Ф. Валевского и продлился чуть больше месяца. Русскую делегацию возглавлял опытный и умелый дипломат А. Ф. Орлов. Он уже подписывал Адрианопольский и Ункяр-Искелесийский договоры. Теперь Орлов должен был выполнить не менее ответственное, чем предыдущие, хотя и не сулившее славы поручение – заключить мир с победителями России. На заседаниях конгресса ему пришлось вести борьбу с английским и европейским министрами иностранных дел Д. Кларендоном и К. Буолем. Валевский чаще поддерживал русскую делегацию. Это объяснялось сложной игрой, которую вел тогда Наполеон, стремившийся похоронить венскую систему и занять главенствующее положение в Европе. В его ближайшие планы входило укрепление отношений с Англией и Австрией, а в перспективе – постепенное сближение с Россией, поскольку итальянская политика французского императора неминуемо должна была привести к обострению отношений с Австрией. Орлов имел доверительные беседы с Наполеоном и довольно часто находил с ним общий язык, благодаря чему удалось отклонить ряд неприятных для России английских и австрийских требований и, насколько возможно, смягчить условия мирного договора, который был подписан 30 марта.
Парижский мир отменял русское покровительство православному населению Османской империи и заменял его коллективной гарантией всех великих держав; от России отходили к княжеству Молдавия дельта Дуная и прилегавшая к ней Южная Бессарабия; вводилась демилитаризация Аландских островов в Балтийском море (демилитаризованный статус Аландов сохраняется до наших дней). Центральное место в договоре занимали статьи о нейтрализации Черного моря. Они запрещали России и Турции иметь там военный флот и военно-морские арсеналы. Договор подтверждал Лондонскую конвенцию 1841 г. о запрете прохода иностранных военных кораблей через Босфор и Дарданеллы. Новый режим Черноморского бассейна имел антироссийскую направленность. Принцип нейтрализации Черного моря означал более грубое нарушение суверенных прав России, чем даже принцип аннексии и контрибуции: ее черноморская граница оставалась незащищенной и открытой для военного нападения противника, при этом нейтрализация не содержала международно-правовой гарантии отказа от ведения военных действий. Нейтрализация была дальнейшим выражением политики широкого вмешательства Англии, Франции и Австрии в дела Черноморского бассейна. Россия подорвала влияние не только на Ближнем Востоке и Балканах, но и международный престиж как великой державы.