С 27 декабря на время болезни Нахимова эскадра на рейде была под флагом Корнилова. В тот же день стало известно, что 18 кораблей и 13 больших пароходов союзников вступили на Черное море. 29 декабря Меншиков назначил Нахимова командовать судами для обороны рейда; вице-адмиралу Станюковичу была поручена защита южной стороны, а Корнилову — оборона гавани. 2 января 1854 года после выздоровления Нахимов принял командование. 6 января под его управление поступили береговые батареи, укомплектованные моряками и прикрывающие эскадру. 12 января на эскадре проходили артиллерийские учения со стрельбой.
17 февраля В. А. Корнилов объявил боевое расписание флота на случай нападения с моря. Суда на рейде расположились по диспозиции, присланной из Петербурга и не соответствующей предложениям Нахимова.
Этому приказу предшествовало появление у Севастополя 14-го и 16 февраля французского и английского пароходов.
Приближение весны делало все более вероятным нападение неприятельского флота. 3 марта Корнилов предписал Нахимову направить матросов для постройки береговых укреплений. 5 марта с Кавказа вернулась эскадра контр-адмирала Вукотича. 6 марта 3 парохода контр-адмирала Панфилова пошли к восточному побережью Черного моря, чтобы снять войска укреплений Кавказской береговой линии, оказавшихся под угрозой; официально было объявлено, что пароходы направляются в Одессу.
Зима для Нахимова оказалась нелегкой. Четыре месяца он провел на борту корабля, не съезжая на берег, был крайне занят подготовкой отражения нападения союзников, и только во время болезни он смог отдалиться от дел, несколько отдохнуть и написать письма родным.
По обыкновению, вице-адмирал не ограничивался выполнением прямых слружбных обязанностей. Как старший директор Севастопольской морской библиотеки, он докладывал командующему адмиралу М. Берху о 1703 рублях серебром, собранных для семейств нижних чинов, убитых или изувеченных при Синопе и в других боях.
24 марта П. С. Нахимов в письме другу М. Ф. Рейнеке писал:
«Мне бы хотелось отдать военный приказ по эскадре, в котором высказать в кратких и веских словах, что эта война священная, что я уверен, что каждый из подчиненных горит нетерпением сразиться с защитниками Магомета — врагами православия, что павшего в бою ожидает бессмертие, за которое будет молиться церковь и все православие, победившего — вечная слава и, наконец, самые летописи скажут потомкам нашим, кто были защитники православия!»
Несмотря на болезнь, вице-адмирал продолжал оставаться в курсе публикаций по морскому делу. В том же письме он высказал отрицательный отзыв о статье А. П. Соколова «Парус и винт», отмечая в ней недостатки, которые объяснил непрофессионализмом автора.
В этот период по петербургским салонам ходила сплетня о якобы существовавших трениях между Нахимовым и Корниловым. Сам Павел Степанович, узнав об этом, огорченно писал Рейнеке 13 марта:
«…никто столько не ценит и не уважает самоотвержения и заслуг вице-адмирала Корнилова, как я, что только он один после покойного адмирала может поддержать Черноморский флот и направить его к славе; я с ним в самых дружеских отношениях, и, конечно, мы достойно друг друга разделим предстоящую нам участь…»
27 марта Корнилов и Нахимов отдали приказы об обороне города и порта. Команды усиленно готовились к боям по расписанию, составленному Нахимовым и еще 9 марта предписанному Корниловым для исполнения всей эскадрой.
Меры эти оказались нелишними. С весной активизировались и союзники. 31 марта английский пароход приблизился к Севастополю и пытался увести купеческую шхуну, но был вынужден оставить ее, когда в погоню были высланы 2 фрегата и 2 парохода. Догнать быстроходный корабль не удалось.
3 апреля поступили сведения о планах англичан затопить на фарватере Севастополя 2–3 старых турецких судна. К этому дню большинство кораблей после завершения ремонта расположились по диспозиции; однако предложение Нахимова поставить корабли в две линии у бонов поперек бухты для отражения противника огнем так и не было принято.