После совещания с Путятиным Муравьев послал корвет "Оливуца" к Завойко с приказанием укрепиться и защищаться в Петропавловске. Передав этот приказ, "Оливуца" пошла в обратный путь и в море разминулась с неприятельской эскадрой, направлявшейся громить Петропавловск. В Петропавловске лихорадочно работали. Завойко в этом случае оказался на высоте положения, сделав все, что было в его возможностях, для защиты порта, хотя возможности эти были ничтожны.
Петропавловск защищали 300 человек солдат сибирского линейного полубатальона во главе с капитаном Арбузовым. Этот отряд, приплыл вместе с Муравьевым по Амуру, на транспорте "Двина" был доставлен в Петропавловск незадолго до нападения англо-французов. Кроме того, в распоряжении Завойко были моряки: гарнизон порта, команда "Двины" и команда "Авроры". Команда "Авроры" из-за спешного перехода в плохую погоду была чуть ли не наполовину больна цингой, но, несмотря на это, авроровцы во главе со своим доблестным командиром, капитаном 2-го ранга Изыльметьевым, показали чудеса выносливости и отваги при укреплении и обороне города. Всего защитников Петропавловска было 879 солдат и матросов и 40 офицеров.
Фрегат "Аврора" и транспорт "Двина" стояли в гавани на якорях, а пушки с бортов, обращенных к берегу, свезены были на береговые батареи. Петропавловск защищало 40 орудий на 7 береговых батареях и 27 орудий на кораблях.
Количество пушечных зарядов было ограничено. К счастью для защитников, за три дня до прихода неприятельской эскадры в Авачинскую губу корабли Российско-Американской компании привезли продовольствия на 10 месяцев.
Восемнадцатого августа эскадра англо-французов вошла в Авачинскую губу. Она состояла из шести парусных кораблей и парохода "Вираго", вооруженного мортирами. Эскадра насчитывала двести тридцать шесть орудий. Среди парусных судов было: три фрегата - "Форт", "Пик" и "Президент", два корвета - "Амфитрита" и "Эвридика" и бриг "Облигадо". Соединенной эскадрой командовали английский адмирал Давид Прайс и французский адмирал Феврие ле Пуант.
Англо-французы дважды (20 и 24 августа) атаковали Петропавловск, высаживая на берег десант и ведя по городу и укреплениям убийственный огонь с кораблей. Оба раза неприятель был отбит, а штурм 24 августа закончился разгромом вражеского десанта и бегством его на корабли. Командир английской эскадры покончил с собой выстрелом из пистолета.
Неприятель потерял до 350 человек убитыми и ранеными. Защитники Петропавловска энергично исправляли повреждения на батареях и кораблях и готовились к отражению нового штурма. 25-го и 26-го англо-французы хоронили убитых и чинили повреждения на кораблях.