塞瓦斯托波尔自开战以来从未被完全包围过，从北方和东方俄军可以自由进出。联军还是计划用大规模炮击来削弱要塞防御体系。到了2月，大批法国援军到达战场，法军增加到90000人。而英军只有11000情况良好的军人，另外23000人不是有伤就是生病。土耳其军队则有20000人和30门大炮。法军是攻击主力。此外还有一些雇佣军，9000德意志军团、3000瑞士军团和1500波兰军团，这些都是英国花钱雇来的部队。到了3月，撒丁15000人到了战场。尽管联军兵力很可观，但攻击仍然很艰难，俄军的防御体系很完备。塞瓦斯托波尔要塞的石墙并不连续，马拉科夫要塞是唯一的石构堡垒。俄军的办法是用削尖的树枝做成栅栏，然后是深沟，再后面是由树枝和泥土构成的步枪发射阵地。阵地后面是又一层树干构成的障碍，地上还有陷阱，里面是削尖的树枝。此外还有大量地雷。俄军经常在夜里派出袭击队，杀死联军战壕里毫无戒备的士兵。

　　马米隆在2月22日夜里被俄军占领，俄军随即构筑了坚固的工事。马米隆位于塞瓦斯托波尔要塞和法军战线之间。攻占马米隆成为联军的首要任务，因为从马米隆出发，英军可以攻击凸角堡，法军可以攻击马拉科夫要塞。1855年3月6日，得知尼古拉一世逝世，拉格伦敦促卡洛波特立即对马米隆发起进攻，他认为俄军因为沙皇逝世士气低落。但卡洛波特拒绝了，这可能是因为拿破仑三世皇帝的心腹尼尔将军来到克里米亚监战。尼尔来的目的是征求卡洛波特的建议，皇帝打算直接指挥战斗。皇帝认为除非从各个方向同时进攻，否则塞瓦斯托波尔无法拿下。卡洛波特接受了皇帝的看法，他本人也不想冒险仓促进攻。

　　1855年4月9日，联军开始第2次大规模炮击。联军参加炮击的共计520门大炮，发射了165000发炮弹。作为回应，俄军998门大炮发射了90000发炮弹。炮击进行了10天，造成俄军6131人、法军1587人、英军263人的伤亡。俄军放弃了损坏严重的旗杆阵地，但在夜里修复了其他工事。法军仅仅前进了100码，进一步行动却被皇帝否决了。英法联军的关系受到许多夭折的作战计划的困扰。1855年5月2日，英军策划对亚速海的刻赤进行远征。刻赤是俄军的后勤中心，俄国内陆运来的补给物资都堆放在这里。在舰队出发2小时后，拿破仑皇帝的电报来了，他命令舰队返航，任何削弱塞瓦斯波托尔围城部队的做法都不允许。舰队中的法国舰船只好返航，英军失去法国的支援，力量单薄，也只好尾随法舰返航。几天后，卡洛波特向皇帝建议成立了一个联合军事委员会，但并未被皇帝接受。卡洛波特随即向皇帝提出辞职并要求重新当他的师长。1855年5月16日，艾马布勒·让·雅克·佩利西耶成为法军指挥官，卡洛波特改为指挥第4师。1855年5月22日，贝利西埃在中央堡垒和海湾之间发动了一场残酷的夜间攻击。尽管伤亡巨大，法军成功的达到了目的。他同时批准刻赤远征队继续他们的计划。1855年5月25日，刻赤被联军占领，第2天，联军舰队驶进亚速海。联军缴获了100多门大炮，数千吨谷物和面粉被销毁。俄军的运输船、兵工厂、仓库受到巨大的破坏。贝利西埃多次拒绝皇帝的命令，有一次他甚至切断了电报联系。6月初，他在收到皇帝禁止行动的命令下，计划对马米隆发动一次联合进攻。

　　1855年6月6日，第3次炮击开始。联军主要炮击目标是马米隆。到了9日，法军占领了马米隆而英军推进到凸角堡的面前。俄军组织了一次反突击但失败了。贝利西埃声称他是在马米隆被拿下后才收到皇帝的电报。皇帝命令贝利西埃发动野战打击外围的俄军，贝利西埃答复皇帝这是不可能的，他要求皇帝必须让他采取符合战场实际的行动，否则他将辞职。在贝利西埃等待皇帝答复的同时，他又在计划新的攻势。1855年6月17日，联军第4次炮击开始，英军计划攻占凸角堡而法军的目标是马拉科夫要塞。俄军事先知道了这次进攻，甚至知道贝利西埃和博斯奎特之间的争吵以及贝利西埃将进攻提前到凌晨3点的详细计划。法军在进攻开始后伤亡惨重，早晨8点30分贝利西埃下令撤退。英军同样糟糕，部队在穿越1/4英里长的开阔地时，被葡萄弹和滑膛枪子弹严重杀伤。英军伤亡1500人，法军阵亡1500人、负伤1600人。

　　这次行动失败对拉格伦勋爵精神上是一个沉重打击，他已经感到筋疲力尽。霍乱再次光临军营。1855年6月14日，埃斯考特将军宣布拉格伦勋爵患上了严重的痢疾。1855年6月28日，拉格伦勋爵在睡梦中平静的去世。至此，开战时英法两军最高指挥官先后因病去世，联军军营震动很大。7月1日，辛普森爵士继任英军总司令，但他显然经验不足，面对困难束手无策。土耳其在高加索战场吃紧，奥马尔帕夏的土耳其军准备撤离克里米亚去解救高加索重镇卡尔斯。拿破仑三世对此十分不满但围攻只能继续。8月16日，哥尔查科夫集中4个步兵师和2个骑兵旅渡过彻那亚河向联军发动进攻，英军只有一部分骑兵和炮兵参战，但俄军伤亡了8000人，最后一次解围行动失败。英军指挥官辛普森对战局感到悲观，这使他受到来自伦敦的责备，伦敦在讨论他的继任人选。

　　1855年9月8日11点30分，联军开始第4次猛烈的炮击。40分钟后，联军总攻，这是有史以来第一次各部队校对时间在同一时刻发动进攻。法军麦克马洪师进攻马拉科夫要塞。仅仅10分钟，要塞落入法国人的手中，随后法军又打退了俄军的反击。英军对凸角堡的攻击再次失利。英军部队被俄军火力压制在凸角堡脚下的胸墙后面而拒绝前进，不久他们就转身撤退了。但马拉科夫要塞的失守对俄军来说是致命的，联军炮火可以从这里覆盖整个塞瓦斯托波尔，陷落只是时间的问题。当天夜里，俄军破坏了全部工事，携带炮兵和后勤设施有计划的撤出了塞瓦斯托波尔。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，他们为沙皇俄国军事、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。

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