16 sierpnia w desperackim starciu nad rzeką Czarną rosyjski wódz spróbował odwrócić losy wojny. Sprzymierzeni wzięli jednak górę, a Rosjanie stracili aż 10 tys. zabitych i rannych. Wraz z klęską Gorczakowa zgasła ostatnia nadzieja dla Sewastopola. Obrońcy zaczęli przygotowania do ewakuacji wojsk z południowej części twierdzy.
Równocześnie sojusznicy rozpoczęli intensywny ostrzał rosyjskich pozycji. W drugiej połowie sierpnia straty Rosjan sięgały już 600 – 1500 zabitych na dobę. Na domiar złego zaczęło brakować amunicji. 5 września artyleria sojuszników zasypała miasto 70 tys. kartaczy! Było to przygotowanie do generalnego szturmu. Trzy dni później ku pozycjom rosyjskim na Kurhanie Małachowa ruszyła francuska dywizja gen. Mac Mahona. Po zajęciu przez Francuzów Bastionu Korniłowskiego, kluczowej pozycji na Kurhanie, dowodzący obroną twierdzy gen. Osten Sacken, aby uniknąć strat, zarządził ewakuację resztek garnizonu do północnej części miasta i dalej w głąb Krymu, gdzie miały się połączyć z armią Gorczakowa. Ale nim Rosjanie wycofali się z Kurhanu Małachowskiego, stracili prawie 12 tys. ludzi. W nocy z 8 na 9 września całe wzgórze wpadło w ręce Francuzów. Na odchodnym Rosjanie zatopili okręty i po moście pontonowym odeszli na północny zachód. Po 349 dniach oblężenia do Sewastopola wkroczyły wojska sprzymierzonych.
Upadek twierdzy nie zakończył działań wojennych. Obie strony zaliczyły jeszcze po jednym sukcesie: 16 października sprzymierzeni zdobyli twierdzę Kinburn u ujścia Dniepru, a 26 listopada Rosjanie zdobyli bronioną przez Turków kaukaską fortecę Kars.
