Турки, в свою очередь, тоже заметили русские корабли и на турецком флагмане подняли сигнал погони. Конечно, ни о каком бое с главными силами неприятельского флота не могло быть и речи. Старший отряда, командир «Штандарта» капитан-лейтенант П. Я. Сахновский, дал команду: «Взять курс, при котором судно имеет наилучший ход». Подняв все паруса, русские корабли разделились и стали уходить. Хорошие ходоки — «Штандарт» и «Орфей» быстро оторвались от погони турецких судов, более старый «Меркурий» (заложен 28 января 1819 года), нуждавшийся в ремонте и смене парусов, попал в тяжелое положение. За ним гнались, постепенно приближаясь, огромный 110-пушечный корабль турецкого капудан-паши (главнокомандующий флотом) «Селимие» и 74-пушечный линкор «Реал-бей» (под флагом контр-адмирала). Маленький русский бриг (длина — 29,5 м, ширина — 9,4 м, осадка — 2,95 м), вооруженный всего 18 карронадами 24-фунтового калибра, по всем морским канонам ничего не мог противопоставить этим двум сильнейшим кораблям турецкого флота и должен был или сдаться или быстро погибнуть.
Турки были уже совсем близко. Но внезапно стих ветер, заполоскались и повисли паруса. При безветренной погоде «Меркурий» имел все преимущества перед могучими
врагами: на нем были весла, и он мог хоть и медленно, но уходить от погони. Командовал бригом капитан-лейтенант Александр Иванович Казарский — опытный моряк (на флоте с 1811 года), который прекрасно понимал, что в это время года штиль, увы, не может быть долгим. Воспользовавшись передышкой, командир созвал офицеров на военный совет.
Был поставлен только один вопрос: «Что делать для спасения судна и чести Андреевского флага?» Выступивший по старой флотской традиции первым самый младший по званию поручик корпуса флотских штурманов И. Прокофьев, не колеблясь, высказал общее мнение — принять решительный бой, а в случае непосредственной угрозы захвата брига противником — взорвать его. Такое решение было объявлено всему экипажу. Матросы и офицеры начали готовиться к смертельной схватке. Казарский сам зарядил пистолет и положил его на шпиль у входа в крюйт-камеру, чтобы последний уцелевший к моменту, когда корабль будет доведен до крайности, воспользовался им для выстрела в пороховые мешки.
Тем временем снова задул легкий ветерок. Казарский приказал убрать весла и обрубить тали висевшей за кормой шлюпки, мешавшей действию кормовых орудий. Вражеские корабли опять медленно, но верно стали приближаться, имея десятикратное превосходство в артиллерии, турки предвкушали легкую добычу. Наконец, линкоры подошли на расстояние выстрела и открыли огонь из носовых орудий. В ответ «Меркурий» тоже стал стрелять по наседавшим туркам из своих мелкокалиберных пушек. Неравный бой начался. Понимая, что по мощным дубовым корпусам стрелять совершенно бесполезно, Казарский приказал бить по рангоуту и парусам.
Догнавшие бриг турецкие корабли разделились, обходя его с обоих бортов, чтобы поставить в два огня. «Селимие», пытаясь дать мощный бортовой залп по рангоуту брига, стал выходить с правого борта, но умелым маневром Казарский оставил противника на кормовых курсовых углах. Несколько позднее другой турецкий корабль все же сумел занять огневую позицию с левого борта, и «Меркурий» попал под перекрестный огонь. После нескольких залпов с турецкого флагмана закричали: «Сдавайся. Убирай паруса!» Но бриг ответил на это удвоенным огнем из пушек и ружей. Русское ядро разбило каюту турецкого адмирала. Турки оттянулись за корму, продолжая вести непрерывный огонь. Пользуясь парусами и веслами, экипаж брига мастерски уклонялся от залпов, подставляя им все время корму. Но, несмотря на все старания, корпус корабля был пробит во многих местах, появились убитые и раненые, на палубу летели обломки рей, была сбита со станка одна из пушек, а у фок-мачты начался пожар. К счастью, его удалось быстро погасить.
Около четырех часов длился этот беспримерный в истории неравный бой. Вот уже, получив значительные повреждения, лег в дрейф «Селимие», приводя в порядок разбитый ядрами «Меркурия» рангоут. Но «Реал-бей» все еще продолжал жестокий обстрел русского брига. Наконец, он тоже получил попадание в переднюю мачту. Сразу ее марсель и брамсель заполоскались по ветру и беспомощно повисли. Линкор стал заметно отставать, а затем повернул и пошел на соединение с флагманом. Обгорелая, покрытая кровью, команда героического корабля трижды прокричала «Ура!», празднуя победу над противником, в десять раз превышавшим ее силой.