Он был смертельно ранен 5 октября 1854 года, когда верхом объезжал бастионы Малахова кургана. Истомин, командовавший там и сам весь день находившийся под страшным огнем, просил Корнилова не приезжать к нему на бастион, но тот не послушался.
Последние слова Корнилова, обращенные к защитникам города, были: “Отстаивайте же Севастополь!”
Штурмы отбивались с отчаянным мужеством. Направив свои силы против самого южного
(“четвертого”) бастиона, неприятель не имел никакого успеха; тогда союзники перенесли свои атаки на восточную часть укреплений, на Малахов курган.
Осада Севастополя продолжалась 350 дней. Город был сильно разрушен бомбардировками.
Русским не удавалось стянуть к Севастополю большие силы и выбить неприятеля из его укрепленного лагеря. Поддерживать далекий Севастополь и снабжать его боеприпасами и продовольствием без хороших дорог и морского пути было очень трудно. Пороху и снарядов не хватало, в бастионах царил полуголодный режим. В военном интендантстве процветало воровство. Военный министр Долгорукий проявлял по отношению к осажденному Севастополю полную безучастность и бездействие. Но гарнизон Севастополя не падал духом и действовал с необыкновенным мужеством \footnote{Император Николай за мужество и стойкость приказал считать каждый месяц службы в Севастополе за год. Из шестнадцати тысяч моряков, бывших в Севастополе в начале осады, осталось в живых всего восемьсот человек }. Силы защитников Севастополя таяли. Каждый день вражеский огонь выводил из строя до 1000 человек.
С начала обороны Севастополя в 1854 году контр-адмирал Истомин командовал четвертой оборонительной дистанцией Малахова кургана (Корниловский бастион) -- одним из самых сильных укрепленных пунктов. Он выдерживал ураганный огонь и неоднократные штурмы противника. Малахов курган являлся ключем к Севастополю, его необходимо было удерживать во что бы то ни стало, так как с высоты кургана враг мог бы видеть весь город, легко мог бы войти в него и с тыла взять все остальные его укрепления.
Несмотря на то, что адмирал был ранен и контужен, он продолжал руководить боями. За отвагу и самоотверженность, проявленые при обороне Малахова кургана, В.~И.~Истомин был награжден орденом Святого Георгия третьей степени.
7 марта 1855 года, когда адмирал Истомин возвращался со вновь воздвигнутого напротив Корниловского бастиона Камчатского люнета к себе на курган, неприятельским ядром ему оторвало голову. П.~С.~Нахимов, считавший эту потерю, как и потерю Корнилова, незаменимой, приказал означить то место на бастионах, где был убит Истомин. Высоко оценивая ту роль, которую Истомин играл при обороне Севастополя, Нахимов уступил ему место в склепе Владимирского собора в Севастополе радом со священными для российского флота прахами адмиралов М.~П.~Лазарева и В.~А.~Корнилова, которое он берег для себя.
Контр-адмирал Истомин убит неприятельским ядром на вновь воздвигнутом Камчатском люнете. Хладнокровная обдуманность при неутомимой деятельности и отеческом попечении, соедененная с блистательной храбростью и благородным возвышенным характером, -- вот черты, отличавшие покойного. Вот новая жертва, принесенная искуплению Севастополя. Качества эти, взлелеянные в нем бессмертным нашим учителем адмиралом Лазаревым, доставили ему особенное исключительное доверие и падшего героя Севастополя вице-адмирала Корнилова. Духовная связь этих трех лиц дала нам смелость, не ожидая вашего разрешения, действовать по единодушному желанию всех нас, товарищей и подчиненных убитого адмирала: обезглавленный прах его удостоен чести помещения в одном склепе с ними.
Принимая живое, горячее участие во всем, касающемся Черноморского флота, и зная лично Истомина, вы поверите скор\-би, удручающей Севастополь с минуты его смерти, и разрешите согласием это распоряжение.
Общий наш друг Владимир Иванович убит неприятельским ядром. Вы знали наши с ним дружеские отношения, и потому я не стану говорить о своих чувствах и своей глубокой скорби при вести о его смерти. Спешу вам только передать об общем участии, которое возбудила во всех гибель товарища и начальника, всеми любимого. Оборона Севастополя потеряла в нем одного из своих главных деятелей, воодушевленного постоянно благородною энергией и геройскою решительностью даже враги наши удивляются грозным сооружениям Корнилова бастиона и всей четвертой дистанции, на которую был избрам покойный, как на пост самый важный и вначале самый слабый.
По единодушному желанию всех нас, бывших его сослуживцев, мы погребли тело его в почетной и священной могиле для черноморских моряков, в том склепе, где лежит прах незабвенного адмирала Михаила Петровича и первая, вместе высокая жертва защиты Севастополя, покойный Владимир Алексеевич. Я берег это место для себя, но решился уступить ему. Извещая вас, любезный друг, об этом горестном для всех нас событии, я надеюсь, что вам будет отрадною мыслью знать наше участие и любовь к покойному Владимиру Ивановичу, который жил и умер завидною смретью героя. Три праха в склепе Владимирского собора будут служить святынею для всех настоящих и будущих моряков Черноморского флота.
Посылаю вам кусок георгиевской ленты, бывшей на шее у покойного в день смерти, самый же крест разбит на мелкие части. Подробный отчет о его деньгах и вещах я не замедлю переслать к вам. Прощайте и не забывайте преданного и уважающего друга.
В июле 1855 г. пал на бастионе адмирал Нахимов, душа Севастопольской обороны.
27 августа 1855 г. союзники начали общий штурм Севастополя. Им удалось овладеть Малаховым курганом, после чего главнокомандующий князь Горчаков, назначенный вместо Меньшикова, отдал приказ взорвать уцелевшие укрепления и оставить Севастополь. Через бухту навели плавучий мост, по которому защитники Севастополя перешли с южного на северный ее берег. Противнику достались дымящиеся развалины города.
Так закончилась героическая оборона Севастополя во время Крымской войны 18853 --1855 гг.
Именем замечательного русского адмирала Владимира Ивановича Истомина названа бухта у полуострова Корея в Японском море.