Все спасенные моряками-черноморцами фрагменты панорамы были эвакуированы на борту лидера «Ташкент» в Новороссийск, затем через Махачкалу в Кустанай, а конце 1942 г. 16 грубо сколоченных ящиков были доставлены в Новосибирск.

Фрагменты были сложены с резкими сгибами вдвое, втрое или вчетверо живописью внутрь, по несколько вместе, представляя собой удручающее зрелище. Спасенным фрагментам повезло, они попали в руки известных реставраторов страны, имевших за плечами большой реставрационный опыт. Это художники-реставраторы Государственной Третьяковской галереи Е.В. Кудрявцев, С.С. Чураков, К.А. Фёдоров. Тщательно обследовав Панораму, они сделали подробное описание разрушений и осуществили профилактическую реставрацию.

В 1946 г. восстановление севастопольской Панорамы было включено в пятилетний план восстановления и развития народного хозяйства СССР.

С мая 1951 г. по май 1952 г. реставраторы ГЦХРМ проводили практическую реставрацию 43 фрагментов. В бригаду реставраторов входили: заслуженный деятель искусств, академик П.Д. Корин (руководитель), художники-реставраторы: М.Ф. Иванов-Чуронов (бригадир), К.А. Фёдоров, С.Я. Бабкин и М.Н. Махалов. Работы велись в Римском зале ГМИИ им. А.С. Пушкина. Художники-реставраторы впервые столкнулись с такими масштабными работами. Живописное восстановление красочного слоя было осуществлено на площади более 216 кв.м.

Панорама, получившая название «Оборона Севастополя 1854–1855 гг.», открылась в восстановленном здании 16 октября 1954 г.— в год столетия подвига защитников Севастополя.

Завершающий этап реставрационных работ — нанесение тонировок по местам утрат красочного слоя, мастиковкам, восполненным фрагментам. Это необходимо для придания памятнику завершенного экспозиционного вида. Однако при этом стоит помнить, что тонировки должны отличаться от авторской живописи, чтобы реставрированные участки были заметны для специалистов, а не сливались с оригинальными.