Защитников Севастополя, в том числе и Тотлебена, наградили поистине с царской щедростью. Каждый месяц обороны приказали считать за год для выслуги пенсии. Ему присвоили звание полковника, затем генерал-майора, назначили в свиту, наградили орденом Георгия 3-й степени.

Награды наградами, но война продолжалась. Ещё на костылях он занимался укреплением Николаева. Затем ему поручили укрепление Кронштадта. 18 марта 1856 года война закончилась, был подписан Парижский мир.

После войны Тотлебен ездил лечиться за границу, попутно собирая сведения о состоянии инженерных частей Франции, Австрии и Бельгии. После выздоровления занимал высокие должности. Его беспокоило отсутствие крепостей на западных границах империи, но денег, чтобы их строить, как всегда, не было. По проектам Тотлебена решили укреплять только Керчь и Кронштадт. Следует сказать, что во многих вопросах он был ретроградом и противился прогрессивным реформам в армии.

 Здоровье требовало постоянной поправки, лечиться он ездил за рубеж. Возвращаясь в Петербург, почти всё время проводил при дворе на всевозможных торжествах, приёмах, охотах, парадах. Недоброжелателей у него была масса, но Александр II ему благоволил и постоянно осыпал всевозможными наградами, орденскими и денежными. Жена его получила крупное наследство – словом, семейство не бедствовало.