Большинство артиллерии русских кораблей составляли 36-фунтовые пушки и пушкокаронады; первые предназначались для стрельбы на дальние дистанции, и их устанавливали на нижних палубах, а пушкокаронады, более короткие и легкие, стояли на второй, третьей палубах линейных кораблей и предназначались для ближнего боя. На ближней дистанции эффективны были и 24-фунтовые, и меньшего калибра пушки, стоявшие на открытых палубах.
Бортовой залп 6 российских линейных кораблей из 312 пушек весил 5627 кг против 2706 кг из 262 корабельных и береговых турецких орудий. Еще большее превосходство наблюдалось в тяжелой артиллерии: 44 бомбических и 206 36-фунтовых пушек против 5 бомбических на берегу и «Таифе» и 80 32-фунтовых 3 фрегатов и корвета Осман-паши. Англичане признавали превосходство русских 36-фунтовых пушек над британскими 30-фунтовыми. Пушки этих калибров могли разрушать корпуса кораблей; меньшие годились преимущественно для стрельбы по рангоуту, такелажу и уничтожения экипажей на открытых палубах.
Русская артиллерия располагала всеми привычными на тот период времени видами боеприпасов: бомбами, гранатами, картечью, брандскугелями, ядрами; эти снаряды были использованы на разных этапах сражения.
Русские моряки, работавшие у орудий, в большинстве обслуживали и паруса, отдавая этому делу больше времени благодаря продолжительным плаваниям; артиллерийские учения были значительно реже парусных и носили вынужденно более условный характер. Важнейшим критерием при обучении являлась быстрота заряжания и пальбы; меткостью занимались меньше. Примитивные прицелы даже при небольшой качке давали разнообразные результаты. Об этом говорят, в частности, учения Черноморского флота в октябре 1852 года, когда корабли и фрегаты стреляли в мишень (щит длиной 6 и высотой 4 метра), за которой возвышался вал длиной 30 и высотой 10 метров: даже в вал не попали 40 из 84 ядер с «Ростислава» (47 процентов), 32 из 124 ядер с «Парижа» (26 процентов), 5 из 52 с «Кулевчи» (10 процентов), 40 из 132 с «Кагула» (30 процентов); стрельба производилась с 800–600 метров. На меньших дистанциях, до 500–600 метров, несовершенство наводки не играло, как считали, большой роли. Избранная Нахимовым дистанция обещала высокую эффективность всех видов орудий и снарядов.
В 10 часов утра 17 ноября на борту флагманского корабля «Императрица Мария» П. С. Нахимов собрал на совет младшего флагмана и командиров кораблей, которые получили диспозицию и приказ на сражение. Приказ Нахимова гласил:
«Располагая при первом удобном случае атаковать неприятеля, стоящего в Синопе, в числе 7 фрегатов, 2 корветов, 1 шлюпа, 2 пароходов и 2 транспортов, я составил диспозицию для атаки их и прошу командиров стать по оной на якорь и иметь в виду следующее:
1. При входе на рейд бросать лоты, ибо может случиться, что неприятель перейдет на мелководие, и тогда стать на возможном близком от него расстоянии, но на глубине не менее 10 сажен.
2. Иметь шпринги на оба якоря и, если при нападении на неприятеля будет ветер N, самый благоприятный, тогда, вытравив цепи 60 сажен, иметь столько же и шпрингу, предварительно заложенного на битенге. Идя же на фордевинд при ветре О или ONO, во избежание бросания якоря, с кормы становиться также на шпринг, имея его 30 сажен, и когда цепь, вытравленная до 60 сажен, дернет, то вытравить еще 10 сажен; в этом случае цепь ослабнет, а корабли будут стоять кормою к ветру на кабельтове. Вообще со шпрингом быть крайне осмотрительными, ибо он часто остается недействительным от малейшего невнимания и промедления времени.
3. Перед входом в Синопский залив, если позволит погода, для сбережения гребных судов на рострах я сделаю сигнал спустить их на воду, тогда держать их у борта на противулежащей стороне неприятеля, имея на одном из них на всякий случай кабельтов и верп.
4. При атаке иметь осторожность, не палить даром по тем из судов, кои спустят флаги; посылать же для овладения ими не иначе как по сигналу адмирала, стараясь лучше употребить время для поражения противящихся судов или батарей, которые, без сомнения, не перестанут палить, если с неприятельскими судами дело и было бы кончено.