Две колонны дивизии Брюне бросились на Малахов курган и батарею Жерве. Но сильным ружейным и картечным огнём колонна, атаковавшая Малахов курган, была отброшена и обращена в бегство. Вскоре эта колонна предприняла вторую попытку штурма, но снова была отброшена. Две тысячи солдат бригады Ниоля, несмотря на сильный огонь обороны, ворвались на почти не имевшую рва батарею Жерве, подавили сопротивление батальона (300 человек) Полтавского полка, но были остановлены огнём правого фаса Малахова кургана и шести полевых орудий, установленных за ретраншементом. Но около двух батальонов неприятельских солдат на плечах отступавших полтавцев ворвались в поселок на скате Малахова кургана и засели в домиках. Хрулев приказал 5-й роте Севского полка под командой штабс-капитана Островского выбить оттуда неприятеля. Наши солдаты бросились к домикам, из которых французы открыли сильный огонь. Собравшиеся остатки Полтавского батальона устремились за севцами. Начался жестокий рукопашный бой, в котором русские солдаты показали не только свое мужество, но и способность действовать самостоятельно в рассыпном строю. Французы отчаянно сопротивлялись. Каждый домик приходилось брать приступом. Русские солдаты влезали на крыши, разбирали их и бросали камни на головы засевших в домиках французов, врывались в двери и окна и штыками выбивали оттуда неприятеля. Из 138 солдат 5-й роты Севского полка в живых осталось только 33 человека, но русские солдаты выполнили приказ и очистили от французов весь поселок, захватили в плен 9 офицеров и около сотни солдат. Тем временем подоспело подкрепление – шесть рот Якутского полка, которые и довершили разгром неприятельских отрядов. Брюне, также получив подкрепление, ещё три раза пытался занять батарею Жерве, но все три раза французы были отбиты картечным и ружейным огнём.
Три английские колонны несколько раз пытались штурмовать 3-й бастион на Пересыпи, но неудачно. Англичане хорошо подготовились к штурму: впереди колонн шли стрелки и команды с лестницами, фашинами и набитыми шерстью мешками. Но обороняющиеся открыли сильный картечный и ружейный огонь и не пустили неприятеля дальше засеки, а затем вынудили его, бросив все свое инженерное имущество, обратиться в бегство.
К 7 часам утра, 6 июня, все атаки на оборонительную линию были отражены.
Потери русских войск в ходе штурма составили 5445 человек, французских – около 5000 человек, английских – 1728 человек. У французов было убито два генерала – Мейран и Брюне, ранены генералы Лафон и Лоране. У англичан убит генерал Дж. Кампбел, ранены генералы Джонс, Броун и Эйр.
Хоть и с большим опозданием, но неприятельские командующие все же поняли, что Севастополь открытой силой им не взять, что надо последовательно и до конца вести постепенную атаку крепости, приблизив траншеи вплотную к оборонительной линии; необходимо усилить осадную артиллерию; надо перекрыть доступ в Килен-бухту русских пароходов, поддерживающих огнём оборонительную линию.
На Зелёной горе англичане закончили 4-ю параллель, затем устроили 5-ю, во 2-й и 3-й параллелях построили батареи № 15 и № 16, на Воронцовской горке достроили 4-ю параллель и начали строить 5-ю в 280 м от 3-го бастиона, в 4-й параллели построили батарею № 17, а между 3-й и 4-й параллелями – батареи № 18 и № 19. Французы продолжили свою 5-ю параллель напротив Малахова кургана до Докового оврага, укрепились в каменоломнях и вывели траншею до Килен-балки. Затем французы построили 6-ю параллель напротив 2-го бастиона и куртины между ним и Малаховым курганом. К 28 июня передовые траншеи французов отстояли от Малахова кургана на 230 м, от 2-го бастиона и куртины – на 310 м, на скатах Кривой Пятки были построены семь новых батарей (№ 23–27, 29, 30) для обстрела Малахова кургана, 2-го и 3-го бастионов, на Килен-балочной высоте – пять новых батарей (№ 21, 22, 28, 31, 32) для обстрела рейда, 1-го и 2-го бастионов и Малахова кургана. К 5 августа французские траншеи подступили уже на 90 м ко 2-му бастиону.
Укрепили свои позиции и русские. На Корабельной стороне поставили 64 новых орудия, из которых 28 было полупудовыми мортирами для поражения навесным огнём ближайших французских траншей. На Пересыпи установили 14 новых орудий, на Городской стороне – 16. Из этого количества 27 орудий предназначались для борьбы с осадными батареями, остальные – для обороны при штурме. Чтобы предотвратить возможность прорыва союзного флота на рейд адмирал Нахимов усилил береговую оборону постройкой новых батарей. На мысе между Константиновкой и Михайловской батареей была построена батарея на 30 орудий (Нахимовская), между Михайловской и № 4 батареями – на 4 орудия, и батарея № 28 на 10 орудий. К 5 августа оборонительная линия русских усилилась постройкой новых батарей.