В полдень 16 ноября эскадры соединились неподалёку от Синопа, и Истомин совместно с другими командирами кораблей прибыл к старшему флагману Нахимову на «Императрицу Марию». Нахимов вызвал их «для сообщения плана атаки и нужных при этом наставлений».
Вскоре Истомину стало ясно, что Нахимов решил атаковать турок двумя колоннами. Первую поведёт он сам, вторую — контр-адмирал Новосильский, который избрал флагманским кораблём «Париж». Немногим более часа пробыл Истомин на совещании и отправился на «Париж», готовить корабль к бою.
После полудня 18 ноября обе эскадры вошли в бухту, и начался бой. «Париж» и «Императрица Мария» стремительно двинулись к флагману, 44-пушечному фрегату «Ауни Аллах», под флагом Осман-паши.
Подойдя на дистанцию картечного огня от противника, русские корабли отдали якоря строго по диспозиции. Турки сосредоточили весь огонь на флагманских кораблях. Но русские канониры посылали ответные залпы без промаха. Ядра и бомбы обрушились на «Ауни Аллаха». Не выдержав натиска, Осман-паша велел отклепать якорь-цепи, и его течением понесло между боевыми линиями. Едва он поравнялся с «Парижем», как Истомин приказал весь огонь перенести на него. Изрешеченный ядрами, неуправляемый «Ауни Аллах» приткнулся к мели у береговой батареи № 6, но продолжал огрызаться.
Теперь русские флагманы завезли верпы и развернулись бортом к линии неприятеля. Турки особенно яростно обстреливали «Париж». Но флагман ответил меткими залпами, и вскоре от его бомб взорвался корвет «Гюли-Сефир», а 56-пушечный фрегат «Даминад» отброшен к берегу. После этого «Париж» перенёс огонь на 62-пушечный фрегат «Низамие», где находился второй флагман турок «Гуссейн-паша». Вскоре это судно, потеряв мачты, начало дрейфовать к берегу, где потом загорелось.
Истомин, увидев, что береговая батарея № 6 прицельно бьёт по «Трём Святителям», развернул «Париж» на шпринге и заставил замолчать эту батарею турок. Следом «Париж» подавил и соседнюю неприятельскую батарею № 5. Нахимов, руководя сражением, всё время восхищался действиями командира «Парижа». Когда сражение уже подходило к концу, он подозвал командира «Императрицы Марии»:
— Прикажите, Пётр Иванович, изъяснить командиру «Парижа» мою благодарность.
Барановский смущённо сморщил лоб.
— Павел Степанович, на мачтах нет ни единого сигнального фала, все перебиты.
Нахимов недоумённо посмотрел на него и подозвал адъютанта Острено.
— Прошу вас, Феофан Христофорович, со шлюпкой направиться на «Париж» и передать командиру лично мою благодарность.
Четверть часа спустя от левого борта флагмана отчалила шлюпка. Шестёрка матросов-гребцов, бросив фуражки под банки, налегли на вёсла. Сидя на транце, Острено держал на корму «Парижа». Здесь, на воде, не было такого ажиотажа боя, в котором только что они находились на корабле. Непривычное затишье прерывалось лишь редкими всплесками вблизи шлюпки шального ядра, пущенного с берега или залетевшего сюда с продолжающихся сопротивляться турецких судов.
«Поднявшись на борт «Парижа» в 1/2 третьего часа, — записано в вахтенном журнале «Парижа», — от вице-адмирала приехал на наш корабль старший адъютант его, лейтенант Острено, и от адмирала передал нашему кораблю благодарность за хорошую пальбу».
Спустя несколько минут Нахимов распорядился прекратить бой и «сигналом повелел отойти от берега», который был объят пламенем.
«В 3 часа пальба с нашего корабля окончена», — появилась запись в вахтенном журнале «Парижа».
Турецкая эскадра была разгромлена полностью и уничтожена.
«Нельзя было налюбоваться прекрасными и хладнокровно рассчитанными действиями командира корабля «Париж», — доносил Нахимов в отчёте о сражении.
26 ноября В. Истомин был произведён в контр-адмиралы, то есть, по сути, объявлен младшим флагманом. Но развернувшиеся события уготовили ему роль предводителя экипажей кораблей на суше.
В феврале 1854 года англо-французская эскадра вошла в Чёрное море, и спустя месяц Англия и Франция объявили войну России. На борту эскадры 60 тысяч войск.
Об угрозе вторжения царя предупреждали военные агенты, но самонадеянный Николай I, упоенный жандармскими акциями в Европе, успокаивал себя и Меншикова: «Ежели точно англичане и французы войдут в Чёрное море, с ними драться не будем, а пусть, они отведают наших батарей в Севастополе, где ты их примешь с салютом, какого они, может быть, и не ожидают. Высадки не опасаюсь, а ежели бы позднее и была, то, кажется, и теперь отбить их можно; а в апреле же будем иметь всю 16 дивизию [её намечалось перебросить с Дуная в Крым] — с артиллерией, бригаду гусар и конную артиллерию. Более чем нужно, чтобы заставить их дорого поплатиться».