Э. И. Тотлебен понял, что единственный для французов путь на бастион - под землей, минами, и срочно стал принимать ответные меры: создавать систему контрмин. По плану, разработанному Тотлебеном и осуществленному самоотверженным трудом солдат-саперов, 4-й бастион был надежно огражден от возможных действий вражеских минеров.
Опасения Тотлебена подтвердились, и работы по устройству контрминных галерей оказались очень нужными и своевременными. 25 декабря перебежчик иностранного легиона сообщил, что французы с 8 ноября ведут минные галереи против 4-го бастиона, что они наступают в том же глинистом слое, в котором ведутся и русские мины.
В ночь с 17 на 18 января была услышана работа неприятельского минера. Тогда очень тихо, чтобы не обнаружить себя, русские минеры приготовили все для взрыва и в 9 часов вечера 22 января с помощью гальванического запала произвели первый взрыв.
Это было такой неожиданностью для французов, что они совсем прекратили работы. Русские заняли воронку, образовавшуюся от взрыва, и продолжали вести свои галереи по направлению к противнику.
Только 26 января французские минеры произвели слабый взрыв, не причинивший русским вреда. Боясь быть атакованными, они этим взрывом преградили русским минерам путь и отступили из своих передовых галерей. Так началась подземно-минная война, которая велась главным образом перед 4-м бастионом, в меньших масштабах - перед редутом Шварца (в районе 5-го бастиона) и перед Малаховым курганом.
Инициатива полностью находилась в руках русских. Даже 8 апреля, когда в результате десятидневной бомбардировки бастион был страшно разрушен и артиллерия его почти полностью сбита, а французам удалось соединить несколько воронок от своих взрывов и приспособить их для ведения ружейного огня, русские не пустили их дальше этого места. К концу августа 1855 года головы нижних контрмин защитников впереди 4-го бастиона находились уже под воронками, занятыми противником. Заложив усиленные заряды, русские могли взорвать дно передовой французской траншеи, что повлекло бы разрушение части всей передовой неприятельской позиции. Этот взрыв в 120 пудов пороха был подготовлен. Но 27 августа поступил приказ об отступлении. Так как забивку заряда закончить не удалось и взрывная волна могла пойти в сторону бастиона, от взрыва отказались.
О подземно-минной войне перед 4-м бастионом рассказывает в музее диорама художников В. И. Гранди и Б. Н. Беляева, созданная ими в 1958 году.
Диорама создает полную иллюзию подземелья: кажется, что на нас веет прохладой и сыростью. В постепенно рассеивающемся мраке становится заметным неровный земляной свод и такой же бугристый пол. Полутемной обитой досками нише придана форма комнаты. Это землянка командира 2-й роты 4-го саперного батальона штабс-капитана А. В. Мельникова, прозванного «обер-кротом» Севастополя.
Общее руководство подземно-минной войной осуществлял Э. И. Тотлебен, а на 4-м бастионе руководил минными работами А. В. Мельников. В диораме штабс-капитан изображен сидящим за небольшим столом Длительное (почти полгода) пребывание под землей подорвало его здоровье, но он оставался на своем посту, пока мог держаться на ногах, и своими заботами обеспечивал надежную подземную охрану бастиона.
Рядом с А. В. Мельниковым - военный инженер поручик П. В. Преснухин. После заболевания Мельникова он руководил работами до конца обороны. Отличался мужеством, превосходным знанием инженерного дела.
Справа от комнаты, освещаемой тусклым светом фонаря, отдыхают саперы: один пьет воду, другой сидя свертывает самокрутку, третий стоит, опираясь на кирку.
Среди героев-саперов особенно выделялся мужеством и солдатской смекалкой унтер-офицер Федор Самокатов. Он изображен правее отдыхающих саперов у выхода из галереи. Под руководством Ф. Самокатова несколько солдат, согнувшись под тяжестью, выносят в мешках на поверхность вырытую землю. Еще правее готовят взрыв минеры, закатывая в галерею бочку с порохом.
Прямо перед зрителем - колодец, ведущий в нижнюю галерею. Из него в бадье поднимали вырытый грунт. Рядом с колодцем стоит тачка и разбросаны примитивные орудия землекопов.
Не имея заблаговременно подготовленных контрмин, русские минеры вырыли в пять раз больше галерей и рукавов, израсходовали в пять раз меньше пороха, чем противник, при этом нанесли ему удары большой разрушительной силы. При минимальных затратах и потерях были достигнуты такие результаты, которые позволили Э. И. Тотлебену заключить, что «контрмины 4-го бастиона способствовали к продлению осады по меньшей мере на пять месяцев».