16 (4 августа) 1855 года русская армия под командованием генерала от артиллерии князя М.Д. Горчакова в последний раз попыталась прорваться к Севастополю. В этот день произошло сражение на Чёрной речке. Со стороны союзников, которыми командовал французский главнокомандующий дивизионный генерал Жан-Жак Пелисье (1794–1864), сражались 18 тыс. французов, 9 тыс. сардинцев и 10 тыс. турок. Русская армия насчитывала 58 тыс. человек, в том числе 10 тыс. кавалеристов. Турками, находящимися в резерве (6 батальонов пехоты и артиллерийская батарея), командовал Владислав Косцельский (Сефер-паша) (1819–1895). Сардинцами командовал генерал-лейтенант Альфонсо Ферреро Ла Мармора (1804–1878).
Решение предпринять наступление на Чёрной речке Горчаков принял под давлением из Петербурга, чтобы нанести союзникам тяжелое поражение и заставить снять осаду Севастополя. Главнокомандующий крайне скептически оценивал возможность успеха при наступлении на удобные по рельефу для защиты и дополнительно укреплённые высоты и не верил в победу. Тем не менее он полагал, что хоть какие-то шансы на успех были при атаке французских и пьемонтских (сардинских) позиций на Черной речке. Впоследствии Горчакова упрекали в том, что он не рискнул объяснить царю бесполезность этого сражения, которое привело лишь к большим потерям. Паскевич писал Горчакову: «Дохожу, после реляции сражения 4-го августа, до грустного убеждения, что оно принято без цели, без расчета и без надобности и, что всего хуже, окончательно лишило вас возможности предпринять что-либо впоследствии». Причину поражения видели в растянутом во времени вводе в бой русских войск и в нечеткости и в несогласованности приказов. Паскевич упрекал Горчакова в том, что тот не предпринял активных действий сразу по принятии командования, когда русская армия в Крыму превосходила союзников на 20–25 тыс. человек. Но этот перевес исчез, когда союзники подвезли дополнительные войска.
Бой на реке Черная у трактирного моста. Гравюра сер. XIX в.
Убитый в сражении начальник штаба 3-го пехотного корпуса генерал-майор Пётр Владимирович Веймарн (1812–1855) перед его началом утверждал, что сражение дается для того, чтобы «отвлечь на время противника от Севастополя» пока не готов мост через Севастопольскую бухту для эвакуации, и что оно не имеет других целей, поскольку «даже в случае, если мы овладеем высотами, то к ночи всё-таки вынуждены будем отступить».
Атака была запланирована на утро 16 августа в надежде застать врасплох французов и пьемонтцев, поскольку они только что отпраздновали День императора (Франция) и День Успения Пресвятой Богородицы (Пьемонт). Русские надеялись, что из-за этих праздников неприятель расслабится и атака для него будет внезапной.
Ординарец Веймарна Дмитрий Аркадьевич Столыпин (1818–1893) вспоминал: «Дрались войска хорошо и выносили геройски все муки и тяжести войны; выносили они, может быть, более, чем то казалось возможным ожидать от человеческой силы».
Под прикрытием утреннего тумана русские двинулись к Трактирному мосту, поддержанные 270 орудиями. Левым флангом командовал Липранди, а правым — генерал от кавалерии Николай Андреевич Реад (1793–1855). Горчаков приказал им не переправляться через реку до получения четкого приказа. Раздраженный тем, что войска развертываются слишком медленно, Горчаков отправил Липранди и Реаду записку со словами «Давайте начнем». Горчаков имел в виду только то, что русские должны начать развертывать свои силы. Но генералы истолковали его слова как приказ атаковать, хотя резервные силы все еще находились на подходе к полю боя.
Атакующие встретили ожесточенное сопротивление французов и сардинцев. Войска Реада форсировали реку у Трактирного моста, но без поддержки кавалерии и артиллерии были остановлены французами на Федюхиных высотах. Реад приказал своему резерву, 5-й пехотной дивизии, атаковать высоты, но вводил ее в бой по частям и успеха не добился. Горчаков приказал Реаду развернуть всю дивизию против французов. Это вынудило французов отступить на холм, но захватить все Федюхины высоты русские не смогли. В ходе последующего отступления Реад был убит. После его гибели Горчаков лично принял командование правым флангом и приказал 8 батальонам левого крыла Липранди усилить правый фланг. Эти силы попали под огонь сардинцев и были отброшены назад. В 10 часов утра Горчаков решил, что ситуация безнадежна, и отдал приказ об общем отступлении.
Лев Толстой, участвовавший в сражении, написал сатирическую песню «Песню про сражение на Черной речке 4 августа 1855 года», где были такие строки: «Гладко вписано в бумаге, /Да забыли про овраги, /А по ним ходить…» После поражения русской армии на Черной речке судьба Севастополя была предрешена, а с его падением неизбежным становился проигрыш Россией войны. Доверие к командованию в русских войсках было подорвано.
Потери русской армии в сражении при Черной речке составили 2342 убитых, 4155 раненых и 1773 пропавших без вести, а всего 8270 человек, включая 11 генералов и 249 офицеров. Французы потеряли 291 убитыми, 1227 ранеными и 46 пропавшими без вести, а всего 1564 человека. Сардинцы — 16 убитыми, 169 ранеными и 2 пропавшими без вести, а всего 187 человек. Среди смертельно раненных был сардинский бригадный генерал граф Родольфо де Монтевеккио (1802–1855). Турки потеряли только 7 раненых и почти не участвовали в сражении. Общие потери союзников составили 1758 человек, включая 1 генерала и 97 офицеров.