Пока русские корабли громили турецкие парусники и батареи, пароходофрегат «Таиф» развел пары, но не для нападения на противника. Его командир решил поторопиться в Константинополь с донесением о происшедшем. Нападение эскадры Нахимова предоставляло англичанам и французам предлог для вступления в войну, и требовалось это нападение соответствующим образом осветить.
Между 12.45 и 13 00 «Таиф» вышел из-за турецкой боевой линии. Команды турецких фрегатов «Низамие» и «Каиди-Зефер» приветствовали его движение «в бой», но вскоре были разочарованы. Пароходофрегат прошел между берегом и «Ростиславом» и направился в море. Здесь его встретили русские фрегаты.
Как известно, П. С. Нахимов специально оставил «Кагул» и «Кулевчи» для наблюдения за неприятельскими пароходами. Фрегаты вступили в Синопскую бухту вместе с эскадрой и остались под парусами в дрейфе, чтобы при необходимости, пользуясь попутным ветром, идти на помощь главным силам.
«Таиф» не сразу пошел к выходу из бухты; сначала он двинулся вдоль юго-западного берега, стремясь обогнуть крейсировавшие фрегаты. Это ему удалось.
Когда с фрегатов заметили движение парохода, они снялись с дрейфа. В 12.58 «Кагул» открыл огонь по «Таифу», прижимая его к юго-западному берегу, а «Кулевчи» шел на сближение и в 13.03 также начал стрельбу. «Таиф» отвечал, продолжая движение. Около 13.30 он остановился, и «Кагул» убавил парусов, но пароход вновь дал ход и миновал фрегат. «Кулевчи» пытался преследовать, действуя левым бортом. «Таиф», дав залп по фрегату, направился к восточному мысу Синопского полуострова. «Кулевчи» отставал, вскоре был вынужден повернуть на левый галс и стрелять из погонных орудий, пока неприятель не ушел за пределы досягаемости пушек фрегата.
«Таиф» беспрепятственно уходил, ибо парусники не могли двигаться против ветра. Но в исходе пятнадцатого часа из-за мыса появился пароходофрегат «Одесса», за которым следовали «Крым» и «Херсонес». Это спешил к месту боя Корнилов.
Как уже сообщалось, 3 парохода вышли из Севастополя 17 ноября в 14.30, утром 18 ноября из-за тумана задержались в 15–20 милях от мыса Пахиос и лишь в 10.30 продолжили движение. Корнилов намеревался поднять флаг на корабле «Великий князь Константин» под командованием П. С. Нахимова, как старшего. Поэтому на «Одессе» не было его флага. «Крым» шел под флагом контр-адмирала А. И. Панфилова.
Около полудня 18 ноября пароходы подошли к Синопскому полуострову. Через перешеек русские моряки видели мачты, пароходный дым, Андреевские флаги, затем услышали гром выстрелов. Заметив русские флаги, В. А. Корнилов приказал поднять свой флаг на «Одессе». С пароходов видели всплески от ядер, перелетавших через перешеек на северную сторону. В 13.07 с «Одессы» рассмотрели крайние корабли левой колонны, а вскоре — и бегущий «Таиф». В свою очередь, с батареи № 1 заметили русские пароходы и обстреляли их, но из-за большой дистанции безрезультатно.
На «Императрице Марии» увидели «Одессу» в исходе пятнадцатого часа, и Нахимов приказал сделать сигнал пароходу приблизиться к адмиралу, но сигнал не был замечен, и Корнилов направился к месту боя «Таифа» с фрегатами. С турецкого парохода также обнаружили «Одессу», и «Таиф» направился к ней; очевидно, его командир рассчитывал на превосходство в артиллерии и скорости. Корабль располагал закрытой батареей и был вооружен 2 10-дюймовыми, 4 36-фунтовыми и 16 24-фунтовыми орудиями против 2 10-дюймовых и 4 24-фунтовых пушкокаронад «Одессы». Вооруженный пакетбот имел скорость восемь с половиной узлов против десяти узлов турецкого корабля. Однако, когда появились «Крым» и «Херсонес», командир «Таифа» решил уклониться от боя и взял курс на Трапезунд. Корнилов вновь увлекся погоней, подняв на «Одессе» сигнал «Взять неприятеля в два огня», и пароходы пошли наперерез неприятелю. «Одесса» шла под всеми парами и парусами; сблизившись с противником на пушечный выстрел, русские моряки открыли огонь.
Фрегатам Корнилов приказал вернуться к флоту. «Кагул» и «Кулевчи» в 14.00 легли на курс SW, чтобы не удаляться от завершающих сражение кораблей и оказать им при необходимости помощь. Повернув оверштаг на правый галс, «Кулевчи» в 14.37 подошел к эскадре и лег в дрейф на левый галс; в 14 47 по сигналу Нахимова «Оказать помощь поврежденному кораблю» фрегат направился к «Трем Святителям», но, заметив, что на «Императрице Марии» мачта близка к падению, встал под кормой корабля и в 14.53 открыл огонь по турецким фрегатам.