29 (17) ноября пришел фрегат «Кулевчи» и доставил П.С. Нахимову предписание князя А.С. Меншикова, по возможности, щадить город Синоп, чтобы не дать европейским странам повода к войне. Нахимов, опасаясь подхода к противнику подкреплений, решил на следующий день дать бой. В 10 часов утра на флагманском корабле «Императрица Мария» собрались командиры кораблей, которым вручили диспозицию и приказ на сражение. В этот же день из Севастополя отправился к Синопу Корнилов на пароходах: «Одесса», «Крым» и «Херсонес». Но они дошли до Синопа только в конце сражения.
С моря Синоп защищали 6 артиллерийских береговых батарей. Часть этих пушек устарела, но они могли стрелять калеными ядрами, вызывающими пожары и взрывы на деревянных кораблях. Положившись на них, турецкий адмирал Осман-паша не усиливал батарей орудиями с кораблей. Готовые к бою турецкие корабли стояли на 10-метровой отметке глубины полумесяцем, обеспечивающим перекрестный обстрел любой эскадры, входящей на рейд. Пароходы и транспорты стояли во второй линии.
Русская эскадра имела некоторое количественное превосходство в артиллерии, особенно в бомбических пушках, которых у противника не было. Однако турки располагали береговыми батареями, установленными на возвышенных берегах, державшими под обстрелом подходы к Синопской бухте. Это значительно усиливало их позицию.
Правильно оценив обстановку, вице-адмирал П.С. Нахимов решил атаковать и уничтожить эскадру Осман-паши в бухте. Тактический замысел его сводился к тому, чтобы как можно быстрее ввести свои корабли на Синопский рейд и с короткой дистанции атаковать противника одновременно всеми линейными кораблями. Исходя из этого замысла, Нахимов принял решение произвести сближение с противником двумя колоннами по три линейных корабля в каждой. Построение кораблей в две колонны и быстрое развертывание сил сокращали время пребывания кораблей под огнем противника в момент сближения и позволяли в кратчайший срок ввести в бой все линейные корабли. Стремясь к быстрому и решительному разгрому турецкой эскадры, адмирал Нахимов установил минимальную дистанцию боя, причем для всех кораблей заранее были назначены огневые позиции, обеспечивающие эффективное использование артиллерии всех калибров и ведение огня несколькими кораблями по одной цели. Придавая большое значение разумной инициативе командиров кораблей, Нахимов отказался от детализации плана атаки. Он верил, что хорошо подготовленные командиры, уяснив его тактический замысел, сами смогут принимать решения, исходя из конкретной обстановки. Разработав план сражения, вице-адмирал П.С. Нахимов ознакомил с ним своего младшего флагмана контр-адмирала Ф.М. Новосильского и командиров кораблей.