Особое место в сухопутных силах России того времени занимали казачьи войска, резко отличавшиеся от регулярной армии
и организацией, и способом комплектования, и формой одежды, и боевыми приемами. Эти войска, носившие название нерегулярных (или иррегулярных), состояли в основном из конницы, которая делилась на конные полки и сотни, придававшиеся частям регулярной армии. Кроме того, существовало несколько пеших казачьих батальонов, называвшихся пластунскими. Казачьи полки имели собственную легкую артиллерию.
В военное время казачьи войска могли быть доведены до 240 тысяч человек. В мирное же время из этого числа находилось на службе (главным образом в отдельном Кавказском корпусе) не более 6080 тысяч человек. Помимо казачьих полков, в состав иррегулярных войск входили также национальные формирования (грузинские, армянские, греческие, татарские, башкирские и другие части), общая численность которых равнялась примерно 810 тысячам человек.
Военно-морские силы России состояли из Балтийского и Черноморского флотов, а также Архангельской, Каспийской и Камчатской флотилий. Балтийский флот включал в себя 25 парусных линейных кораблей, 7 парусных и 11 паровых фрегатов, 5 парусных и 12 паровых судов меньшего размера, а также несколько десятков вспомогательных судов. Черноморский флот состоял из 14 парусных линейных кораблей, 7 парусных и 7 паровых фрегатов, 17 парусных и 21 парового судов меньшего размера и нескольких десятков вспомогательных судов. Кроме того, в состав Черноморского флота входила Дунайская флотилия, состоявшая из 2 пароходов, 27 канонерских лодок и нескольких вспомогательных судов. Остальные флотилии серьезного боевого значения не имели.
Балтийский флот делился на три дивизии, а Черноморский на две. Флотская дивизия состояла из трех бригад, каждая из которых включала в себя, как правило, два-три линейных корабля, несколько фрегатов и несколько судов меньшего размера. Личный состав флота делился на экипажи (батальоны), из которых формировались команды кораблей и береговые команды. Всего в военно-морских силах России накануне Крымской войны насчитывалось около 90 тысяч матросов и офицеров.
Важным недостатком организации вооруженных сил крепостной России было непропорционально большое число нестроевых солдат и матросов в армии и флоте. В пехоте нестроевые составляли 7 % всего личного состава, в кавалерии 13 %, в артиллерии и инженерных войсках 20 %, а в военно-морских силах и того более. Объяснялось такое положение слабостью экономики отсталой страны: ее промышленность не в состоянии была обеспечить вооруженные силы всем необходимым, и каждая воинская часть должна была вести собственное хозяйство, командируя множество людей на постоянную работу в оружейных, швейных, сапожных, кузнечных и иных мастерских. Большое число солдат и матросов было занято также обслуживанием офицеров, которые и в армии продолжали чувствовать себя помещиками, широко используя труд «нижних чинов».
Серьезные недостатки были и в управлении вооруженными силами. Аппарат военного управления отличался громоздкостью и излишней централизацией. В делопроизводстве царили неразбериха и волокита. Некоторые учреждения (как, например, главный штаб его императорского величества) носили фиктивный характер и продолжали существовать лишь по традиции. Зато отсутствовали местные органы военного управления и некоторые другие учреждения, совершенно необходимые для управления почти полуторамиллионной армией.
Все распоряжения по военному ведомству, вплоть до самых незначительных, исходили непосредственно от царя. Военное и военно-морское министерства были просто канцеляриями для приема донесений царю и передачи царских приказаний. При этом несколько высших военных сановников (главнокомандующий Действующей армией, командующий гвардейскими и гренадерским корпусами, генерал-фельдцейхмейстер, ведавший артиллерией, генерал-инспектор по инженерной части и др.) подчинялись не военному министру, а непосредственно царю, что еще более умаляло роль министерств.
«Между разными органами, администрациями и разными инстанциями власти, вспоминал Д. А. Милютин (будущий военный министр России), не было правильной связи. Отсюда происходило излишество инстанций, многочисленность личного состава, усложнение отношений и размножение переписки».