В рескрипте на имя вдовы адмирала император указал:

Я не могу более почтить покойного, как повторив с уважением его последние слова: «Я счастлив, что умираю за Отечество». Россия не забудет этих слов, и детям вашим переходит имя, почтенное в истории русского флота.

5 октября началась первая бомбардировка Севастополя. Рано утром, едва началась канонада, Корнилов отправился на объезд бастионов. Услышав, что защитники 3-го бастиона терпят сильный урон, поскакал туда. Офицеры уговаривали адмирала поберечь себя, но тот отрезал: «Раз другие исполняют свой долг, то почему же мне мешают исполнять свой!» И уже в 11.30 на Малаховом кургане он был смертельно ранен неприятельским ядром, раздробившим левую ногу у самого живота. Офицеры подняли его на руки и положили за бруствером между орудиями. Он еще успел сказать: «Отстаивайте же Севастополь», – после чего потерял сознание, не испустив ни одного стона. На перевязочном пункте адмирал пришел в себя, причастился и послал предупредить жену. Собравшимся он сказал: «Рана моя не так опасна, Бог милостив, я еще переживу поражение англичан». Но ранение оказалось смертельным. К вечеру Владимир Алексеевич скончался.

Последними его словами были: «Скажите всем, как приятно умирать, когда совесть спокойна. Благослови, Господь, Россию и государя! Спаси Севастополь и флот!» В ответ на известие о подбитых английских батареях он сумел вымолвить через силу: «Ура! Ура!»

Фрагмент панорамы «Оборона Севастополя 1854–1855 гг.» Художник Франц Рубо. 1902–1904 гг.

Первыми почтили память адмирала матросы и солдаты: на Малаховом кургане, на месте, где он упал, сраженный ядром, они выложили крест из бомб, вкопав их до половины в землю. «Славная смерть нашего любезного, почтенного Корнилова, – писал государь Николай Павлович князю А. С. Меншикову, – меня глубоко огорчила. Мир праху его! Вели положить его рядом с незабвенным Лазаревым. Когда доживем до спокойных времен, поставим памятник на месте, где убит, и бастион назвать по нем».

Указ Николая I был выполнен: бастион назван именем адмирала, а в 1895 г. на месте его гибели по проекту генерал-лейтенанта А. А. Бильдерлинга и скульптора И. Н. Шредера был воздвигнут памятник. Разрушенный в годы Великой Отечественной войны, он был восстановлен в 1983 г. к 200-летию Севастополя. В центре города между Артиллерийской бухтой и Большой Морской улицей расположена Корниловская набережная, названная именем адмирала в 1886 г.