Еще в конце октября стук, раздававшийся во французских траншеях, наводил на мысль о ведении работ. Решили сделать два пробных колодца для определения залегания слоев грунта. Через месяц проходку завершили и составили геологический разрез. От днища рва на глубину 4 м шел известняк, затем слой глины толщиной от 1,2 до 1,5 м, переходящий снова в известняк. Такое расположение пород позволяло прокладывать галереи в слое глины без какого-либо крепления.
К этому времени перебежчики стали сообщать о минных галереях, расположенных против четвертого бастиона. Следовало немедленно приступить к возведению контрминной системы. Чтобы исключить возможность подкопа под бастион, предстояло сделать подо рвом окружную галерею. Из галереи выводились слуховые рукава, чтобы обнаружить и остановить французских минеров на дальних подступах к укреплению.
Для ускорения дела во рву заложили, кроме двух пробных, еще девятнадцать колодцев и от них стали прокладывать галерею и слуховые рукава. Теперь одновременно могли проводиться работы более чем в 60 выработках; размер проходок был минимальный — высота 90 и ширина 75 см.
Заведовал подземными контрминными работами командир второй роты четвертого саперного батальона штабс-капитан Мельников. Саперный батальон 24 октября 1854 г. следовал в Севастополь. В то утро, перед сражением на Черной речке, он двигался по Саперной дороге. Командовавший группой войск генерал Данненберг, встретив батальон, приказал прекратить движение и быть в резерве, и, как казалось, не напрасно.
При наступлении англичан саперы вместе с пехотинцами отразили атаку и заставили противника отступить. Штабс-капитан Мельников отличился в этой битве хладнокровием и мужеством. После сражения капитан со своей ротой построил семь батарей на Мекензиевых высотах для обстрела Киленбалочного плато и Сапун-горы. Отсюда вторую роту в составе 200 нижних чинов перевели на минные работы. Кроме того, из четвертого и шестого саперных батальонов отобрали 80 минеров и также отправили на контрмины, как именовались тогда подземные работы.
Проходку стволов, галерей и рукавов вели беспрерывно в три смены. В смену работали 75 саперов и 200 рабочих, выделенных из пехотных частей. Для взрывных работ сформировали специальную команду под руководством поручика Поцейко. Приходилось работать согнувшись, сидя или даже лежа. Мешки с грунтом вытаскивали из колодцев и под штуцерным обстрелом французов переносили к укреплениям. Специального инструмента и оборудования саперы не имели, так как осадный парк находился в Бендерах и из-за плохого состояния дорог и нехватки транспорта не смог передислоцироваться в Севастополь. У моряков нашли один вентилятор, да и тот часто ломался; от недостатка кислорода гасли свечи, приходилось работать впотьмах и делать перерывы на несколько часов для проветривания галерей и рукавов. Пониженные участки выработок периодически заполнялись водой, однако ни помп, ни насосов для ее откачки не было, солдаты убирали воду ведрами. В зависимости от расстояния до колодца скорость проходки составляла от 0,6 до 4,2 м в сутки на каждом рабочем участке. К середине января 1855 г. окружная галерея была закончена, из нее на 40—50 м вывели 28 слуховых рукавов.
Для прослушивания действий противника четыре раза в сутки все подземные работы прекращали на 15 минут. Не услышав ничего подозрительного, саперы возобновляли проходку в рукавах по заранее оговоренной очередности, чтобы дать возможность своим товарищам изучить характер звуков при работе различными инструментами на определенных расстояниях.
18 января была впервые услышана работа французских минеров, о чем штабс-капитан Мельников доложил начальнику инженеров гарнизона. Тот принял решение взорвать горн[94] и остановить дальнейшее продвижение противника. Работы в рукаве прекратили, сделали в нем камеру и заложили в нее 12 пудов пороха. Чтобы направить взрыв в сторону неприятеля, рукав на протяжении 16 м заполнили мешками с грунтом. Эту забивку усиливали через каждые 2 м деревянными перегородками с креплением из бруса.
22 января, когда был уже слышен разговор французских минеров и скрип передвигаемой тележки, произвели взрыв. Он был настолько силен, что взрывная волна достигла французской траншеи и выскочившие из нее солдаты попали под картечный огонь. Более того, взрыв был совершенно неожиданным для противника, так как французы не предполагали, что русские саперы смогут организовать какое-либо сопротивление при ведении подземных работ (в Париже даже был опубликован в газете план осадных работ, на котором показаны французская минная галерея и камера для взрыва четвертого бастиона). Но самонадеянность наказуема, и французы потерпели первое поражение в подземной войне. Они отступили, оставив часть галереи и преградив ее малым взрывом. При этом в 60 м от контрэскарпа четвертого бастиона на поверхности земли образовалась воронка глубиной около 1 и диаметром 8 м. Ночью воронку заняли русские минеры, открыли в ней колодец и вывели из него короткий рукав, потом заложили заряд и взорвали. Образовалась еще одна воронка, из которой минеры вышли в брошенный французами участок галереи, расчистили его и включили в состав минной системы.
В феврале 1855 г. из ближайшей к противнику воронки были сделаны еще три взрыва, чтобы расширить сеть рукавов на главном направлении минной атаки неприятеля. В это же время для обеспечения защиты флангов во рву батареи № 75 (Львова) и № 34 (Бульварной) заложили восемь колодцев для создания галерей и рукавов. Французские минеры никакой активности в этот период не проявляли.
А на поверхности земли продолжалась повседневная тяжелая работа по усилению оборонительной линии. Все наружные крутости укреплений и батарей были одеты в туры, фашины, бочки и металлические цистерны. К бастионам сделали дороги для подвоза боеприпасов и строительных материалов. От пониженных участков отрыли водоотводные канавы. Впервые в мировой практике осада города приобрела характер позиционной войны. Для защиты от навесного огня противника повсеместно строили блиндажи с перекрытиями из двух рядов бревен и слоя грунта и возводили прочные, в том числе и каменные, пороховые погреба. По предложению моряков орудийные амбразуры закрывали щитами, сделанными из корабельных канатов.
Для бесперебойного обеспечения войск материалами и инструментом на территории старого Адмиралтейства устроили инженерное депо; его филиал обосновался в новом Адмиралтействе на Корабельной стороне. В это депо поступали все материалы из порта, сухопутного, артиллерийского ведомств и от частных лиц (большое количество леса сдал подрядчик Волохов, заготовивший его для строительства нового Адмиралтейства), затем материалы отгружали на оборонительную линию. В инженерном депо делали также мешки для грунта, деревянные платформы для орудий, тросовые щиты, рогатки, скобы и прочие мелкие изделия из металла и дерева. Кроме того, ремонтировали и изготавливали инструмент, тачки, носилки, обтесывали и пилили бревна. Сюда же поступали с Северной стороны фашины и туры. Всем этим хозяйством заведовал старший офицер, у которого в подчинении находились 9 младших офицеров, 200 матросов-парусников, 16 кузнецов, 8 такелажников и 4 портовых колесника. На погрузочно-разгрузочные работы в ночную и дневную смены выделялось по 300 рабочих из войск. Надо отметить, что с появлением инженерного депо темп работ на укреплениях заметно возрос.
С Северной стороны через рейд все обеспечение осажденного города осуществлялось на баржах, баркасах и пароходах. Пароходы поспевали повсюду — поддерживали огнем своих орудий войска, особенно на Корабельной стороне, принимали участие в перевозке резервов и раненых, охраняли проход на рейд и даже предпринимали вылазки против флота союзников. Так, 24 ноября 1854 г. пароходы "Владимир" и "Херсонес" напали на французский пароход, стоявший на якоре против входа на рейд. В пароход попало несколько ядер и он удалился под защиту других судов. На помощь поспешил большой трехмачтовый английский пароход, который значительно превосходил по вооружению русские суда. Оба парохода начали отходить к рейду, а корабль противника, преследуя их, попал под огонь береговых батарей и получил повреждение мачты и кожуха. А русские пароходы без потерь возвратились в бухту.