Вернувшись в Севастополь, Корнилов доложил Меншикову о разведке и в тот же день вступил в командование эскадрой и поднял флаг на 120-пушечном «Великом князе Константине». На рассвете эскадра вышла в море к турецким берегам.
В кратком приказе вице-адмирал Корнилов изложил цель похода: «Следовать немедленно для открытия и истребления турецкого флота, вышедшего из Босфора». Флагман не сомневается, что в случае встречи с неприятелем, «с помощью Божию офицеры и командиры судов, со мною отплывающих, вполне воспользуются случаем увеличить наш флот новыми кораблями. При могущем встретиться бое я не считаю нужным излагать какие-либо наставления: действовать соединено, помогать друг другу, и на самое близкое расстояние — по-моему, лучшая тактика».
Почитай неделю рыскала по бурному морю эскадра Корнилова, но турки как сквозь землю провалились. «Надобно повестить Нахимова», — размышлял Корнилов. Передав эскадру младшему флагману контр-адмиралу Новосильскому, приказал следовать на соединение с эскадрой Нахимова и сказать ему; что турки готовятся идти к Синопу.
На «Владимире» кончался уголь, Корнилов перешёл на этот пароходо-фрегат и, распрощавшись с эскадрой, направился в Севастополь.
Едва эскадра Новосильского растаяла в дымке, в предрассветной мгле, как на «Владимире» внезапно горнист заиграл тревогу.
На траверзе Пендерекли заметили неприятельский корабль, оказавшийся турецким пароходом «Перваз-Бахри». Корнилов сразу же принял решение вступить с ним в бой. Командир парохода капитан-лейтенант Г. И. Бутаков сыграл тревогу и повёл его на сближение с неприятелем. С первых же залпов пушки «Владимира» поразили неприятельский корабль прицельным огнём. Наблюдая за противником, Корнилов заметил, что у «Перваз-Бахри» нет ретирад. После этого Бутаков умелым маневрированием зашёл под корму противника и поразил его продольными выстрелами. «Перваз-Бахри» уклонялся от обстрела, однако, «Владимир» вновь догнал его, заходил под корму, разворачивался бортом и посылал продольный залп из всех бортовых орудий. Бой продолжался около двух часов. Наконец «Владимир» сблизился на картечный выстрел к неприятелю, последовал завершающий залп, и «Перваз-Бахри» спустил флаг. Так закончился первый в истории бой паровых судов.
«Капитан, офицеры и команда парохода „Владимир“, — писал после боя Корнилов, — вели себя самым достойным образом. Капитан-лейтенант Бутаков распоряжался, как на манёврах; действия артиллерии были быстры и метки».
Как трофей русского флота «Перваз-Бахри» был приведён в Севастополь и переименован в «Корнилова».
Была одержана первая победа на море в кампанию 1853 года.
Поиски турецкого флота в юго-западном направлении Чёрного моря эскадрой Корнилова облегчили действия эскадры Нахимова, крейсировавшей у анатолийского побережья Турции.
Нахимов 8 ноября обнаружил в порту Синоп турецкую эскадру, следовавшую из Босфора к Кавказу. Он сразу же сообщил об этом командованию флотом. 13 ноября Корнилов направил из Севастополя к Нахимову отряд линейных кораблей, а вслед за ним Корнилов двинулся на помощь Нахимову с отрядом, в составе пароходов «Одесса», «Крым» и «Херсонес». В полдень 18 ноября пароходы Корнилова подошли к Синопской бухте, где уже гремели залпы артиллерийских орудий. За час до прибытия пароходов эскадра Нахимова вступила в ожесточённое сражение с турецким флотом.
У Синопа Корнилов заметил турецкий пароход «Таиф», быстро уходящий в море, и тотчас же пароход «Одесса» лёг наперерез его курсу. На «Таифе» сбежал, покинув турецкую эскадру, английский военно-морской советник Слэд, именовавшийся в Турции «Мушавер-пашой». Неприятельский пароход, пользуясь превосходством в скорости, после непродолжительной перестрелки скрылся за горизонтом. Пароходы Корнилова пошли на Синопский рейд, где в это время уже заканчивалось сражение. Нахимов полностью уничтожил турецкую эскадру.