Значительное внимание Нахимов уделял снабжению и медицинскому обслуживанию войск. Один из современников вспоминал: «По званию главы Черноморского флота он был истинный хозяин Севастополя. Постоянно на укреплениях, вникая во все подробности их нужд и недостатков, он всегда устранял последние, а своим прямодушным вмешательством в ссоры генералов он настойчиво прекращал их».
Лишь 25 февраля Нахимов официально был назначен командиром Севастопольского порта и военным губернатором Севастополя. Наконец, права Нахимова стали соответствовать обязанностям. В тот же день Остен-Сакен отправил генерал-адмиралу, Великому князю Константину Николаевичу рапорт с ходатайством о производстве Нахимова в адмиралы. Он писал:
«Вице-адмирал Нахимов во все время 165-дневной осады Севастополя сначала не принадлежа к ее обороне, потом с 28 ноября в качестве помощника и замещения меня в случае смерти или раны, чрезвычайно способствовал успешной обороне Севастополя: блистательною неустрашимостью, влиянием на войска, приобретенною любовию и уважением, неусыпною деятельностью, доходящею до того, что непрестанным осмотром бастионов, редутов, батарей и траншей ему известно направление орудий в каждой амбразуре.
Вице-адмирал Нахимов имеет неисчислимые заслуги».
27 марта 1855 года П. С. Нахимова произвели в адмиралы за отличие при обороне Севастополя. Производство не изменило характера деятельности флотоводца. В приказе от 12 апреля П. С. Нахимов отмечал, что его успех — следствие героизма адмиралов, офицеров и матросов. Он также продолжал открыто ходить по укреплениям под пулями. За преданность, бесстрашие и отвагу и любили его подчиненные, особенно моряки.
9 марта контр-адмирал В. И. Истомин пал на Камчатском люнете. Нахимов уступил ему место, которое оставлял для себя в гробнице Владимирского собора рядом с Лазаревым и Корниловым.
12 марта Нахимов обратился к М. Д. Горчакову, командующему Южной армией и морскими и сухопутными силами в Крыму, с просьбой освободить его от командования эскадрой. 15 марта Горчаков разрешил Нахимову передать эскадру контр-адмиралу П. М. Юхарину, и 16 марта адмирал спустил свой флаг. Он сосредоточил основное внимание на сухопутной обороне, хотя не забывал и о флоте.
В приказе от 2 марта по Севастопольскому гарнизону Нахимов обратил внимание начальников на сбережение личного состава при обстрелах. В ходе второй бомбардировки, с 28 марта по 8 апреля 1855 года, потери от обстрела противника оказались меньше, чем при первой, благодаря траверсам и блиндажам. Сам же адмирал продолжал в сюртуке с хорошо заметными эполетами, известными всему городу, регулярно объезжать позиции, появляясь в самых опасных местах.
Обязанности требовали от Нахимова заниматься снабжением войск и вывозом раненых, артиллерией и судьбой семей погибших, госпиталями и сооружением укреплений, награждением достойных и порицанием неисправных. Записная книжка адмирала за 1854–1855 годы полна записей по самым разным вопросам, которые ему приходилось разрешать. Стараясь до минимума сократить бюрократическую переписку, Нахимов стремился самостоятельно и быстро решать вопросы. Он редко задумывался о том, как будет отчитываться в расходах после войны. В беседе с одним из защитников Севастополя адмирал шутил, что уже предоставил все свое имущество на съедение различных комиссий и бухгалтерий. Немало усилий отнимали бумажные дела, с которыми моряк справлялся хуже, чем с управлением парусами и делами обороны.
Болезнь не давала покоя. Адмирал страдал различными припадками. Боли в желудке, рвота, головокружение вплоть до обморока мучили его. Сказывались и застарелая болезнь, и тяготы службы. Однако моряк не показывал вида, продолжая ежедневные объезды позиций и занимаясь десятками различных дел.
С началом весны пришла опасность эпидемии. Потому Нахимов беспокоился о скорейшем вывозе раненых из осажденного города в Николаев. Не отходил Нахимов и от интересов флота, следил за его действиями. 7 апреля он в приказе сообщал о методе тушения зажигательных ракет, разработанном Г. И. Бутаковым, и рекомендовал использовать его на судах эскадры.
Не забывал адмирал за заслуги представлять к наградам офицеров и матросов. Но достойных было слишком много. Чиновник для особых поручений Морского министерства Б. П. Мансуров рапортовал генерал-адмиралу, Великому князю Константину Николаевичу:
«…Нахимов олицетворяет в себе стойкий и непоколебимый гений Севастополя. История знает уже, что все чины Черноморского флота следовали и следуют этому примеру, и здесь слово „все“ имеет действительно то обширное значение, которое исключений не допускает; как я не доискивался и допрашивался особенных примеров мужества, самоотвержения и хладнокровия, я всегда приходил и прихожу к тому результату, что честь, достоинство и подвиги везде одни и те же, разница в том, что сегодня отличится один, а завтра другой. Как ни строг Павел Степанович в своих оценках, он всегда готов прочитать список всех ныне остающихся на бастионах, когда его спрашивают об особенных отличиях».
Однако при необходимости Нахимов отмечал и недостатки. Он делал замечание за несвоевременную и неточную передачу сообщений телеграфа, выговаривал капитан-лейтенанту Н. И. Викорсту за плохое наблюдение за его командой, немедленно направил встреченного на улице штабс-капитана А. Н. Зубкова к его команде и угрожал отдать под суд в случае дальнейшего уклонения от службы.
Приходилось адмиралу участвовать и в боях на суше. При освобождении Камчатского люнета Нахимов получил контузию, уже не первую. Тот же Мансуров замечал, что моряк с трудом сидел на стуле. Но стоило ему услышать, что союзники накапливают силы у Малахова кургана, и адмирал через две минуты оказался в седле.
Несмотря на новый чин, положение адмирала оставалось сложным. Над ним оставался командующий 4-м корпусом Остен-Сакен, который отдавал приказы по Севастопольскому гарнизону. Потому 19 апреля Нахимов просил пересылать в его канцелярию военного губернатора копии всех приказов Остен-Сакена для сведения.
Главнокомандующий Южной армией и сухопутными и морскими силами в Крыму князь М. Д. Горчаков не верил в возможность удержать Севастополь. Он согласился с предложением генерал-лейтенанта Бухмейстера соорудить мост через Севастопольскую бухту. В записке от 27 мая адмирал посчитал невыгодным сооружение моста. Он понимал, что мост — средство не столько для переброски подкреплений, сколько для эвакуации. В то же время сам он был инициатором сооружения пешеходного моста на бочках через Южную бухту; мост этот связал позиции обороняющихся.
В Севастополе катастрофически не хватало продовольствия, оружия, боеприпасов, строительных материалов. Нахимову приходилось самому разрешать многие вопросы. Он определял, как избежать сверхнормативных требований продовольствия, и решал, как обеспечить выпечку хлеба. На свой страх и риск адмирал использовал для постройки укреплений запасы флота (парусину, тросы, корабельный лес), получая разрешения задним числом; однако он старался избежать излишнего расхода ценных кораблестроительных материалов.
Нахимов, желая избежать лишних жертв, после начала третьей бомбардировки отдал 28 мая приказ об эвакуации женщин из Севастополя. Матросских жен, живших на северной стороне, он определил на морское довольствие.
Себя адмирал не щадил. Он нередко оказывался в опасных местах, несмотря на усталость, болезни и несколько контузий. В июне к прочим недугам прибавилось заболевание «холериной». Окружающим он казался бессмертным. Но это было не так.
28 июня, как обычно, с утра Павел Степанович объезжал позиции. Он посетил 3-й бастион. Когда в нескольких шагах взорвалась бомба, адмирал, сидевший у блиндажа, даже не шелохнулся. Потом он поехал на Малахов курган. Когда Нахимов с кургана наблюдал за противником, высунувшись из-за укрытия, он был смертельно ранен в голову пулей. Это произошло около 18.30. Скорее всего, адмирал, не снимавший заметного мундира с эполетами, стал жертвой неприятельского снайпера.
Врачи пытались помочь, но тщетно. 30 июня Нахимов скончался. 1 июля состоялось торжественное погребение, в котором участвовали все, кто мог оставить позиции.