Вернувшись в Севастополь, корабль «Чесма» под командованием Микрюкова был включён Нахимовым в отряд, вышедший к Синопу для истребления турецкого флота. Во время сражения этот корабль шёл последним в правой колонне. В донесении о сражении П. С. Нахимов отметил: "«Корабль „Чесма“ (капит. 2-го ранга Микрюков) до взрыва неприятельского фрегата „Навек-Бахри“ действовал также по нём и по батареям № 4 и № 3, потом, поворотившись к батареям, срыл обе»". Далее сообщается, что за время боя на «Чесме» было выпущено более полутора тысяч снарядов. Корабль получил только в корпус два десятка пробоин, серьёзно были повреждены такелаж и почти полностью разрушена кормовая надстройка. 18 декабря 1853 года Микрюков за отличие был произведён в капитаны 1-го ранга.