Dopo diverse settimane di relativa calma, a metà agosto i russi tentarono di liberare Sebastopoli dall'assedio con un forte attacco esterno e mossero contro le posizioni di copertura sulla Cernaia tenute dai francesi e dai piemontesi. Il 16 agosto si ebbe la battaglia. La Marmora si trovava sul posto fin dall'alba. L'attacco principale russo si concentrò sull'ala sinistra dello schieramento alleato tenuta dai francesi e poi si propagò verso il centro, mentre i piemontesi, sulla destra, subirono un'azione minore per quanto vigorosa. Gli uomini di La Marmora non solo respinsero l'attacco ma contribuirono alla vittoriosa resistenza delle truppe francesi bersagliando con l'artiglieria il fianco delle schiere russe. I piemontesi non ebbero perdite gravissime: 14 morti e 170 feriti (contro i 181 morti e i 1.200 feriti francesi), ma il generale Montevecchio morì a seguito delle ferite riportate nello scontro.