Ни англичане, ни испанцы не знали о численности кораблей друг друга. Английские адмиралы понимали, что против них стоит невиданный по размерам флот. Действительно, армада состояла из 134 судов, в число которых входило 33 громадных боевых галиона. На судах находилось 8 тыс. матросов и 18 тыс. солдат. В распоряжении Хоуарда было 90 кораблей, из которых только 19 были судами королевского военного флота, остальные же принадлежали частным лицам, главным образом купцам.
Дрейк с восемью судами занял позицию для неожиданного нападения на испанский арьергард. Поздним вечером он увидел испанский флот, который шел в необычном порядке: крупные галионы впереди, сзади и по флангам, а более слабые суда — в середине. Галионы сверкали яркими красками и позолотой, на мачтах развевались флаги и вымпелы.
Дрейк с Фробишером и Хокинсом изготовился к атаке на вражеский арьергард, выбрав в качестве первой жертвы галион «Сан Жуан», несший флаг вице-адмирала армады Жуана Мартинеса де Рекильда. Под огнем артиллерии противника испанский корабль резко изменил направление, чем сбил с курса соседний галион «Розарио», которым командовал Педро де Вальдес. При столкновении со следующим галионом на «Розарио» были сломаны бугшприт и фок-мачта. Дрейк, нарушая приказ, обязывающий его не уходить с занимаемой позиции, погнался за «Розарио» и захватил его. После разгрома армады против Дрейка было выдвинуто обвинение (особенно на этом настаивал Фробишер, ревниво относившийся к громкой славе Дрейка) в нарушении дисциплины и чуть ли не предательстве, но лорд-адмирал Хоуард вполне удовлетворился объяснениями Дрейка, и суд адмиралтейства «присудил» Дрейку и команде его флагманского корабля «Мщение» ценности с захваченного галиона. На «Розарио» оказались большие суммы денег, а также ящик со шпагами, рукоятки которых были украшены драгоценными камнями. Эти шпаги предназначались для подарков английским дворянам-католикам, которые должны были поддержать вторжение испанской армии в Англию. Надо сказать, что и сам Хоуард на заключительном этапе сражения с армадой совершил поступок, подобный Дрейку: бросил во время сражения свой флот, погнавшись за «призом».
Команда «Розарио» была высажена на берег, а допа Педро и нескольких его офицеров Дрейк оставил на своем корабле. Среди его экипажа был офицер, хорошо владевший испанским языком. Дон Педро, покоренный любезностью и гостеприимством Дрейка, рассказал о планах герцога Медины. Откровенность испанца объяснялась, может быть это и было главным, его враждебностью к герцогу, возникшей из-за того, что тот, приказав кораблям армады следовать своим курсом, бросил поврежденный «Розарио» на произвол судьбы. Полученные сведения Дрейк немедленно передал Хоуарду.
Выведав от дона Педро все, что тот мог- рассказать, Дрейк высадил его на берег, и знатный испанец три года находился в Англии в качестве военнопленного, пока за него не был уплачен выкуп в 3 тыс. ф. ст. Что касается команды «Розарио», то ее появление было крайне враждебно встречено местными жителями, которых английское правительство заставило содержать пленных. Это даже вызвало ссору между местными помещиками — сэром Джорджем Кэри и сэром Джоном Гильбертом. Кэри упрекал Гильберта в том, что вместо того, чтобы поместить 226 пленных испанцев в тюрьму, тот использовал их на хозяйственных работах в своем имении.
По распоряжению Хоуарда Дрейк вечером 21 июля послал письмо лорду Генри Сеймуру в Дувр, в котором рассказал о событиях дня и просил быть готовым к нападению на испанский флот, продолжавший двигаться на восток. Эскадра Сеймура насчитывала до 30 кораблей.
23 июля началось морское сражение в районе Портленда, с еще большей силой продолжавшееся на следующий день к юго-востоку от острова Уайт. Вой шли по многу часов, «с большим расходом пороха и пуль», как тогда писали. Несмотря на превосходство артиллерии, англичане не смогли нанести испанской эскадре существенного ущерба. К этому времени испанцы потеряли всего два судна, да и то не в бою: «Розарио» столкнулся с соседним галионом, а 800-тонный «Сан Сальвадор» был уничтожен взрывом порохового погреба, происшедшего от случайно брошенной спички.
Битва продолжалась еще три дня, запасы пороха истощились как у испанцев, так и у англичан. Наконец, 27 июля испанские корабли укрылись во французском порту Кале, где герцог Медина решил дождаться вестей из Нидерландов. В ночь по прибытии в порт он послал капитана Педро де Леона к герцогу Парме с просьбой срочно прислать порох и ядра. Лишь 23 мили отделяли испанский флот от войск Пармы, находившегося в Дюнкерке.