В отношении причин продолжительности обороны Севастополя среди историков доминировал взгляд, что главными среди них были «превосходный дух наших войск и искусство наших инженеров». Кроме этого выделялся ряд сопутствующих факторов, содействовавших успеху действий обороняющейся стороны. Руководство союзнических войск проявляло крайнюю нерешительность, упустив несколько выгодных случаев овладеть городом: после сражения на Альме, когда у них была возможность штурмовать слабое северное укрепление; при переходе русских войск на южную сторону, когда город оставался под охраной малых сил и был фактически открыт; после первой бомбардировки, когда их артиллерия разгромила 3-й бастион; после второй бомбардировки, когда их войска находились на расстоянии чуть более 70 м от ослабленного 4-го бастиона. Тактической ошибкой явились непрестанные и безрезультатные атаки французов Малахова кургана, в то время как гораздо перспективнее было бы направить основной удар на 4-й бастион. Севастополь не был блокирован осаждающими, что давало возможность усиливать обороняющийся гарнизон свежими войсками, боеприпасами и продуктами питания. Впрочем, у контролирующих море союзников коммуникации были налажены несравненно лучше, нежели у русской армии, подвозы к которой чрезвычайно затруднялись неудовлетворительным состоянием дорог. Существенно повысило обороноспособность и то, что Севастополь оказался укреплен боевыми средствами и кадрами Черноморского флота.
Даже решающий штурм Севастополя союзнической армией 27 августа 1855 г., приведший к взятию Малахова кургана и последующему выводу русских войск из города, не означал поражения. Потери обороняющихся в этот день составляли 12 913 человек, атакующих – 10 067 человек. Но так как более 2 тыс. человек из числа защитников города выбыло из строя еще до штурма, во время бомбардировки, то потери союзников оказывались выше, чем в русской армии.
Севастопольцы использовали тактику вылазок в неприятельский лагерь. Этим особо прославился матрос Петр Кошка. Устраивались даже своеобразные соревнования удальцов из различных подразделений по осуществлению таких предприятий. Функция вылазок заключалась в создании препятствий осадным работам противников. В одной из ночных вылазок принимал участие Л.Н. Толстой, о чем составил рассказ и направил его в «Современник» Н.А. Некрасову.
Существовал стратегический план Наполеона III переноса боевых действий вглубь Крымского полуострова при оставлении на время попыток штурмом овладеть Севастополем. Французский император основывался на донесениях прибывшего в союзнический лагерь в январе 1855 г. генерал-адъютанта саперного генерала А. Ниеля, докладывавшего, что штурмовать севастопольские укрепления бесперспективно. Упорство руководителя французского контингента генерала Ф. Канробера (получил маршальский жезл после окончания Крымской войны), не желавшего переносить театр боевых действий в континентальную Россию, пока не взят Севастополь, стоило ему отставки. На его место был назначен «коптитель» генерал Ж.Ж. Пелисье (получивший прозвище после эпизода войны в Алжире, когда он задушил дымом загнанное в пещеру население целой деревни). Но и новый командующий придерживался собственного плана, не имевшего ничего общего со стратегической диспозицией императора. Вместо требования Наполеона вести войска по направлению к Бельбеку он планировал сосредоточить усилия на взятие Камчатского люнета, а затем Малахова кургана. Тем не менее за успешную деятельность под Севастополем маршалу Ж.Ж. Пелисье Наполеон III даровал титул «герцог Малаховский».
«Парадоксальнейшей из побед» был назван в английской историографии успех русской армии по отражению общего штурма Севастополя 18 июня 1855 г. Временем штурма было определено 18 июня – день Ватерлоо, что должно было произвести впечатление на Наполеона III, суеверного в отношении исторических дат и годовщин.
К моменту начала артиллерийской дуэли 17 июня осадные батареи союзников располагали 587 орудиями (421 французское и 166 английских), из которых для отражения возможных вылазок было задействовано лишь 39 орудий, тогда как остальным вменялось в обязанность бомбардировать оборонительную линию. Последние располагали 117 000 зарядов, но были ограничены в запасе пороха, крупных ядер, пятипудовых и даже 63-фунтовых бомб. Недостающие средства союзники восполняли нерегламентированными способами, заимствуя бомбы с судов и раскапывая ядра, застрявшие прежде в земляных сооружениях. Впрочем, запас снарядов на каждое русское орудие оценивался в 3—4 раза меньше, чем на единицу союзнической артиллерии.