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就在中华帝国的大军在西伯利亚上攻城拔寨所向披靡的时候，巴尔干和黑海的局势却已经落定了。
4月5日，英国陆军在加拉波利登陆。随后联军的作战计划在这里诞生。由6万英法陆军在海军的配合下在克里米亚半岛登陆，6星期内拿下俄国海军基地塞瓦斯波托尔要塞。这个目标很有限，目的是消灭俄国的黑海舰队，结束俄国在黑海的优势。这符合英国的愿望，对法国而言，开战本身就达到了目的。随着更多的部队到达，联军开始向君士坦丁堡进发。当地的酒和女人非常便宜，梅毒在联军士兵当中非常普遍。当地的卫生条件非常糟糕，英国的后勤也同样糟糕。自拿破仑战争以来，英军的后勤训练被荒废了。大多数军官都没有经历过战争，哪怕是低强度殖民地冲突。法军情况要好的多。拿破仑被打败了，但法国并没有失败。法军陆军仍是欧洲装备最好、组织最完善的军队，很多军官拥有作战经，后勤系统也很有效。武器装备方面，英法的优势来源于新式线膛步枪----米尼步枪。线膛步枪相对于滑膛枪最大的优势在于射程和精度。滑膛枪的有效射程只有150码（一码约合0914米），并且精度很低。而线膛步枪有效射程也达到500码。法军在1840年代后期率先装备了米尼步枪，这使得它在同时期列强陆军中拥有巨大的技术和战术优势。新步枪带来新战术。拿破仑时代的散兵线队形可以进一步拉大，避免被对手火力密集杀伤。而对手的密集队形将在更远的距离上遭到精确火力射击。此外炮兵的角色发生重大变化，因为野战火炮的典型射程大多数在1000-1500码，有的轻型火炮甚至只有600-800码，相对于步枪射程优势变小。炮兵的作用变的类似后来的机枪，作为步兵的火力倍增器。尽管高层反映迟钝和对线膛步枪的不信任（更相信中国产的步枪毕竟中国的技术成熟），英军还是在1851年装备了1851式米尼步枪，这构成克尼米亚战争中英国陆军的主战单兵武器，并发挥了巨大的作用。
英法土三队在瓦纳相处的很融洽。但是健康问题却越来越让人担心。潮湿、小昆虫和血吸虫侵袭军营。英国后勤组织的缺陷非常明显：没有人知道邮局在哪里，野战医院在哪里，甚至他们的将军在哪里。7月19日，法营中霍乱爆发。22日蔓延到英营。尽管所有帐篷被销毁，瘟疫仍然没有得到控制。8月10日，一场大火烧掉了很多军需品，包括16000双靴子和150吨饼干，使得情况更加糟糕。
来自伦敦和巴黎的命令不断催促联军展开行动。联军并不知道克里米亚到底有多少俄军，估计从45000人到140000人不等，实际上俄军此时只有36000人。8月24日，联军开始登船，计划9月2日完成全部登船任务。能够参加行动的部队包括27000英军、30000法军和7000土军。9月7日，联军海军司令英国海军上将邓达斯下令。圣阿诺德因为患上霍乱在5日就出发了，独臂的拉格伦跟随大部队一起行动。拉格伦的旗舰卡拉多克号悬挂俄旗前出侦察，最终选择塞瓦斯波托尔以北35英里的卡拉米塔湾的耶夫帕托里亚作为登陆地点。
9月12日，联军舰队到达耶夫帕托里亚。耶夫帕托里亚的镇长同意投降，但鉴于联军带有瘟疫，镇长要求联军必须进行隔离。9月14日黎明，联军开始登陆，登陆一切顺利。每个联军士兵都负荷沉重，19日上午9点，联军主力55000人出发，登陆场交由土耳其军队把守。但是霍乱又使一部分士兵染病。在巴尔干涅克河，联军首次与俄军前哨遭遇。英军骑兵要求追击，被拉格伦拒绝了，因为他发现这是个陷阱。俄国骑兵的远方还有俄军第17师的6000人。双方使用火炮相互远距离攻击，英军获胜。俄军撤退到奥马的主要阵地，他们希望在那里阻止联军向塞瓦斯波托尔前进。当夜，联军宿营准备进攻奥马，英军由于没有帐篷只能在寒冷中入睡，而法军则舒服的多。
9月23日，英军在风和日丽中向南进发，部队被允许沿路抢劫因此士气高昂。霍乱的魔咒现在也减轻了很多。英军穿过波贝克河后塞瓦斯波托尔已经可以看见。拉格伦决定按计划继续向南前进然后从南向北进攻塞瓦斯波托尔。当联军从侧翼行军绕过塞瓦斯波托尔的时候，也丧失了用自己的优势拖延了攻城的时间，塞瓦斯波托尔有一个天然的深入内陆的港湾，可以驻泊大量海军舰只，俄军黑海舰队就以这里为母港。城外是连绵的高地，要塞临海一面有海岸炮台13座，火炮611门，易守难攻。1854年的塞瓦斯波托尔城本身还没有完全要塞化，因为俄军之前还从没有预料过在克里米亚打防御战。使要塞守备部队在居民的参与下构筑了一道长7公里长，由8座棱堡和大量中间工事组成的防线。面对实力强大的联军舰队缅希科夫认为黑海舰队出海作战毫无胜算，因此强迫海军上将科尔尼洛夫凿沉舰队堵塞航道。俄军将水面战舰中的帆力战列舰5艘（共14艘）和巡航舰2艘（共7艘）横向沉没于港口的入海处，以阻止联军的蒸汽战舰突进塞港内停泊场，其余的帆力船和所有汽船及蒸汽巡航舰参加塞保卫战，大约有1000门舰炮先后被搬至陆地，海军官兵也上岸充实守城部队。缅希科夫带领俄军主力前往城外的东北方，希望与俄国援军会合从那里威胁联军侧翼。拉坎爵士的轻骑兵追击了这只俄军并在拉格伦勋爵招回之前缴获了一些俄军补给马车。
到了9月25日夜，英军展开于波贝克河与彻那亚河之间的宽大正面上并做休整。26日早晨，英军吃了一顿丰盛的早餐然后向南面的巴拉克拉瓦进发。在一阵并不有效的炮火后，英军进入小镇巴拉克拉瓦。当地百姓拿出水果、鲜花和面包以示友好。一天后，法军沿英军的路线尾随而至。此时圣阿诺德已经不行了，法军现在由卡洛波特指挥。29日，圣阿诺德不治去世。拉格伦决定将英军指挥部设在巴拉克拉瓦，法军则前往巴拉克拉瓦西面的卡米什和卡扎克海湾扎营。法军的营地背靠大海，可以方便接受来自海上的补给，而英军则补给困难还要直接面对俄国援军。拉格伦的部署应该是为了团结联军，因为他此时是唯一的最高的指挥官。他的人格值得赞扬。现在联军从三面包围了塞瓦斯波托尔，法军在西南方，英军在东南方和东方。联军舰队在海上游弋。
拉格伦主张立即攻城，但在9月27日到10月10日之间他未能说服卡洛波特和工兵指挥官博格涅爵士。博格涅坚持应该先用炮击削弱俄军的防御工事；卡洛波特则认为穿过开阔地直接进攻过于冒险。到了10日，联军决定正式围攻塞瓦斯波托尔。这些日子里，俄军在塞瓦斯波托尔的工事在一天天加强。另外，从奥德萨和其他地方出发的俄国援军也在赶来。10月9日，28000援军进入塞瓦斯波托尔，使得守城部队达到38000人。到了10月第2周，俄军已经恢复到阿尔马之战前的实力，甚至更强。联军希望炮击能把俄军工事彻底摧毁，经过艰难运输，重炮和攻城器材被运上城外的高地，民房被拆掉用来加固重炮阵地。塞瓦斯波托尔俄军的火炮从172门增加到341门，部分是从军舰上拆下来的海军炮。法军有53门炮，英军73门。法军集中49门炮在罗多非山上，那里正对俄军中央堡垒。联军海军也计划参加炮击，但因为缺乏弹药而被推迟。卡洛波特要求联军海军下锚排成一线近距离炮击，传统上海军为躲避岸炮攻击总是在航行中炮击。英国海军上将邓达斯最后向法国海军上将哈姆林让步，同意了这个方案。10月17日，联军海军的炮击进行了一天，但1100门舰炮收效甚微。相反俄军的炮火却重创联军海军。皇家海军损失了300人，7艘战舰严重损伤，法国舰队也损失不轻。尽管罗多非山上法军一个弹药库被炸上了天，联军陆地炮击要好许多。英军炮击将凸角堡打成废墟，但是当夜俄军又修复了损坏的工事。这样的情况持续了7天。俄军损失惨重，2000人在炮击中丧生，17日当天，海军中将弗拉基米尔·阿列克谢耶维奇·科尔尼洛夫阵亡。
联军在围攻了11个月后终于进入已经成为废墟的塞瓦斯托波尔。俄军在塞瓦斯托波尔防御战上总体是成功的，它是陆海军保卫濒海要塞协同作战的典范，尽管在军队、火炮数量上及武器质量上处于劣势，俄军夜间不断出击及大量运用地雷，和纵深梯次配置防御体系给联军很大杀伤。塞瓦斯托波尔的保卫者在武器、弹药和粮食方面极端困难，他们为沙皇俄事、经济上的落后状态付出了血的代价。
塞瓦斯托波尔陷落后，克里米亚战场的军事行动逐渐减少。俄军进入塞瓦斯托波尔北面的高地，但贝利西埃拒绝皇帝的命令没有反击。巴赞将军率领一部分法军在皇帝的催促下攻占了金本，切断了奥德萨的对外运输线。到了11月，拿破仑三世准备见好就收实现和平，而英国却宁愿继续打下去。英军得到大量补充，1856年1月，考灵顿爵士接替辛普森成为新的英军总司令，并准备发动春季攻势。这时法军却为疾病所困扰而英军后勤充足，兵强马壮。1856年的主旋律是期待和平，外交行动代替了军事计划，2月克里米亚战场达成停火协议。