Kırım Savaşı başlayınca, Balkanlar'da ilerleyen Osmanlı kuvvetleri deniz yoluyla desteklendi. Karadeniz filosu ikiye ayrıldı. İkinci filo Patrona Osman Paşa komutasında idi ve personeli tecrübesizdi. Bu filo Sinop'ta demirledi. 30 Kasım 1853 tarihinde, donanma personeli Cuma namazı için izinli iken Rus donanması baskın yaptı. Donanma ve şehir ateşe verildi, kıyıdan açılan Osmanlı topçu ateşi etki edemedi; Osmanlı donanmasının 11 adet gemisi battı ve 2700 asker kaybedildi. Kırım Savaşı'nda Birleşik Krallık, Fransa ve Osmanlı birleşik donanması kuruldu. Yeni kurulan donanma, 9'u Osmanlı olmak üzere 34 savaş gemisinden oluşuyordu. Bu yeni donanma Sivastopol Muharebesine denizden destek verdi ve karaya çıkarma yapıldı. Bu savaş ile donanma, askeri ve teknik konularda tecrübe kazandı. Britanya ve Fransa savaş gemileri, onarım için İstanbul tersanelerine geldi ve buradaki tersanelerde onların girişimleri ile yenilikler yapıldı. 1856 yılında imzalanan Paris Antlaşması ile savaş sona erdi ve Karadeniz'de Rus ve Osmanlı savaş gemilerinin bulunması yasaklandı. Abdülaziz döneminde mali sıkıntılara rağmen modernleşme çalışmaları hız kazandı. Tersane-i Amire'de, İzmit ve Gölcük tersanelerinde yenilikler yapıldı. Abdülaziz döneminde tersanelerin iyileştirilmesine rağmen yerli üretim tercih edilmedi, Birleşik Krallık'tan ve Fransa'dan savaş gemileri satın alındı. Bu satın alınma işlemleri dış borçlarla karşılanıyordu ve Osmanlı maliyesi zor duruma giriyordu. Abdülaziz tahttan indirildiğinde, Osmanlı donanması en güçlü donanmalar arasında görülmekte idi. Fakat, Osmanlı donanması sayıca güçlü olsa da nitelik bakımından zayıftı.