Но Алкивиад ошибся в оценке своего подчиненного. Охваченный жаждой славы, Антиох наметил собственный план и бросился в атаку. Возможно, он хотел повторить блестящую победу афинян при Кизике, которая по праву считается величайшим достижением за всю историю триремного флота. Но при Кизике стратегический замысел базировался на маскировке своих сил и обмане противника. Для того чтобы скрыть от врага момент прибытия флота, его численность и точное местоположение, афиняне использовали все географические особенности местности и погодные условия. При Нотии ничего из этого не было сделано, маскировка была невозможна, и не стоило даже пытаться прибегнуть к прочим уловкам. К тому же Лисандр уже более месяца внимательно изучал афинский флот и успел получить точные сведения о его размере и проводимых им операциях от перебежчиков, которые явились в его лагерь. Он также был прекрасно осведомлен о том, что произошло при Кизике, и о тактике афинян в той битве.
Тем не менее Антиох начал сражение с той же военной хитрости, что и Алкивиад при Кизике. С десятью триремами он на собственном корабле подплыл прямо к Эфесу, приказав остальным быть наготове у Нотия и ждать, «пока враг не отойдет подальше от берега» (
Однако Лисандру было хорошо известно, что Алкивиад отбыл в Фокею и что руководство афинским флотом находится в руках человека, прежде ни разу не занимавшего командирского поста. Это был уникальный шанс, и, когда он выпал, Лисандр решил, «что настало время совершить что-либо достойное Спарты» (Диодор XIII.71.3). С тремя триремами он напал на головной афинский корабль и потопил его вместе с Антиохом. Девять следовавших за ним судов тотчас же обратились в бегство, и в погоню за ними пустился весь спартанский флот. Лисандр понимал, что ему удалось ошеломить афинян и опрокинуть их точный временной расчет, а потому спешил воспользоваться наступившей неразберихой. Основные силы афинян, следуя полученным ранее приказам, все еще стояли у Нотия, дожидаясь, пока на горизонте появится афинский авангард, за которым на большом расстоянии должны были плыть корабли противника. Вместо этого они увидели панически отступающий малочисленный отряд афинян и идущий за ними по пятам полноразмерный спартанский флот. Не имея времени, чтобы выстроиться в правильный боевой порядок, и командующего, который сумел бы организовать моряков и взял бы на себя обязанность отдавать приказы, афинские триерархи спускали свои корабли на воду как могли быстро, каждый из триерархов – с разной скоростью. Вот почему афиняне устремились на выручку товарищам «беспорядочной массой» (Диодор XIII.71.3). Афины потерпели поражение, потеряв двадцать два корабля, а море оказалось во власти Лисандра, который установил трофей в память о неожиданной победе у мыса Нотий.
Через три дня на место битвы прибыл Алкивиад, приведя с собой тридцать трирем Фрасибула, так что общее число афинских кораблей у Нотия возросло до восьмидесяти восьми (не считая потерянных двадцати двух). Желая во что бы то ни стало отомстить за проигрыш, он подплыл к Эфесу в надежде вызвать Лисандра на новый бой, но спартанец не видел никаких причин рисковать своим флотом в битве против равного по численности противника, которым к тому же командовал столь грозный военачальник. Алкивиаду не оставалось ничего другого, кроме как вернуться на Самос. Поражение афинян так и не было отомщено.
Притом что в битве Лисандр доказал свои замечательные способности и заслужил обретенную им славу, победой он во многом был обязан ужасным просчетам афинян. Те же горько упрекали Алкивиада за свое поражение и имели на то причины. Какой бы ни была цель его отплытия в Фокею, с его стороны было непростительным безрассудством оставить все свои триремы под руководством человека без какого-либо опыта командования, да еще и перед лицом вражеских сил, численно превосходящих афинские. Хотя людей при Нотии афиняне потеряли не слишком много, а в Эгеиде у них еще оставалось 108 трирем, что давало им преимущество в размере флота, со стратегической точки зрения произошедшее было крупным провалом, переломившим ход всей войны, которая после Кизика определенно складывалась в пользу афинян. В ближайшей перспективе афиняне не могли восстановить свои позиции в Ионии или захватить Андрос. Поражение негативно сказалось на боевом духе афинских воинов и моряков на Самосе, и случаи дезертирства не могли не участиться.