Face à un trésor vide, une nouvelle munition navale française qui pourrait percer les murs de Cronstadt, et d'éventuelles hostilités suédoises et prussiennes, Alexandre II et un Conseil impérial spécial ont accepté un ultimatum autrichien et ont convenu le 16 janvier 1856, de faire la paix aux termes de la coalition et conclure la guerre de Crimée. Avant même la chute de Sébastopol (12 septembre 1855), la Russie avait accepté trois des quatre points anglo-franco-autrichiens d'août 1854: garantie de la souveraineté ottomane et de l'intégrité territoriale; protection générale européenne (pas exclusivement russe) des chrétiens ottomans; et la libération de l'embouchure du Danube. Les détails du troisième point, ainsi que la réduction de la prépondérance russe de la mer Noire et des conditions particulières britanniques supplémentaires, ont complété l'accord. L'entente naissante avec Napoléon III, qui avait toujours espéré contrôler le prestige de la Russie sans lutter pour les intérêts impériaux britanniques, était une aubaine pour la Russie.
La Russie était habilement représentée au congrès de Paris (25 février-14 avril) par l'ambassadeur extraordinaire et conseiller privé expérimenté le comte Alexei F. Orlov et le diplomate de carrière et envoyé à Londres, Filip Brunov. Ils ont été rejoints à la table par certains des principaux hommes d'État dans les préliminaires diplomatiques de la guerre de Turquie, d'Angleterre, de France et d'Autriche, ainsi que de Camilio Cavour du Piémont-Sardaigne. La principale concession de la Russie était de retirer sa présence navale de la mer Noire, mais ils ont élaboré les détails de sa neutralisation directement avec les Turcs, et non avec leurs alliés britanniques. L'affirmation de la Convention de 1841, qui fermait le détroit de Turquie aux navires de guerre en temps de paix, était en fait plus avantageuse pour la Russie, qui manquait d'une flotte d'un côté, que pour la Grande-Bretagne, qui en avait une de l'autre. La seule perte territoriale de la Russie était la rétrocession de la partie sud de la Bessarabie à la Moldavie ottomane, dont le but était de garantir le retrait russe du delta du Danube.
En outre, les Russes ont accepté la démilitarisation des îles terrestres de la Baltique, disposition qui a duré jusqu'à la Première Guerre mondiale.Le différend sur les lieux saints, le conflit diplomatique qui avait conduit directement aux préliminaires de la guerre, a été réglé sur la base de la compromis effectué à Istanbul en avril 1853 par les trois ambassadeurs extraordinaires, Alexander Menchikov, Edmond de la Cour et Stratford (Canning) de Redcliffe, avant la rupture diplomatique de la Russie avec la Turquie. Le Traité de paix a été signé le 20 mars 1856.
Au début, les Britanniques ne traitaient pas les Russes comme se conformant et gardaient certaines forces dans la mer Noire. Cependant, la mutinerie indienne de 1857, due en partie à la pression perse soutenue par la Russie sur l'Afghanistan, a conduit au retrait britannique et a facilité le succès sans entrave de la campagne de longue date de la Russie pour prendre le contrôle total du Caucase.
Comme l'ont noté certains observateurs contemporains, l'adhésion aux dispositions navales et stratégiques du traité dépend de la faiblesse de la Russie et de la détermination de la coalition. Pendant la guerre franco-allemande de 1870–1871, Alexander Gorchakov a annoncé que la Russie n'adhérerait plus aux «clauses de la mer Noire» exigeant la démilitarisation, et une conférence de Londres a accepté ce changement. Pendant la guerre turque de 1877–1878, la Russie a de nouveau annexé la Bessarabie méridionale au grand dam de ses alliés roumains.