An der Seeschlacht bei Sinope am 18. November 1853 konnte Kornilow nicht teilnehmen, da er die Verfolgung des türkischen Dampfers "Taif" in der Bucht von Sinope aufgenommen hatte. Die Niederlage der Türkei in der Seeschlacht, die mit der Vernichtung der türkischen Flotte endete, ließ England und Frankreich in den Krieg eintreten. Kornilow oblag nun die Verteidigung des nur unzureichend geschützten Sewastopols. Bald wurde die Schwarzmeerflotte in der Bucht von Sewastopol von der anglo-franko-türkischen Eskadre eingeschlossen. Am 11. September 1854 versenkte man alle Segelschiffe der Flotte in der Bucht, um der Allianz den seeseitigen Angriff auf die Stadt zu erschweren. Man rief am 13. September den Belagerungszustand aus und Kornilow zog die Einwohner Sewastopols zum Bau der Verteidigungsanlagen heran. Am 5. Oktober wurde die Stadt massiv von der Land- und Meerseite bombardiert. Bei der Besichtigung der Verteidigungsanlagen am Fort Malakow wurde Kornilow an diesem Tag tödlich am Kopf verwundet. Er wurde neben seinem Lehrer Admiral Lasarew in der Sankt-Wladimir-Kathedrale in Sewastopol beigesetzt.