Эти обстоятельства учитывало российское командование. К. Нассау-Зиген предложил атаковать противника в ночь с 16 на 17 июня. Однако к вечеру ветер почти стих, а на военном совете у контр-адмирала Джонса было решено перейти в наступление, как только позволят направление и сила ветра. На совете проявились и разногласия между адмиралами, которые не смогли договориться о диспозиции. К. Нассау-Зиген сам возглавил усиленный им левый фланг боевой линии. С 1 часа ночи 17 июня ветер начал усиливаться и к 4 часам установился благоприятный для атаки норд-ост. В это время российская корабельная эскадра вступила под паруса и вместе с гребной флотилией двинулась на противника. Не ожидавшие нападения турки начали поспешно сниматься с якорей и отступать к крепости. При этом один из 64-пушечных кораблей сел на мель под выстрелами эскадры П. Джонса. Этот корабль вскоре был атакован 18 судами Нассау-Зигена. Одновременно 13 других судов левого фланга гребной флотилии отогнали другие турецкие корабли, пытавшиеся оказать помощь их застрявшему на мели товарищу.
Около часа турецкий линейный корабль стойко оборонялся от нападавших русских гребных судов, которые, наконец, приблизились к нему на пистолетный выстрел. Орудия корабля замолчали, но команда продолжала отстреливаться из ружей. Сопротивление турок не прекратилось со спуском флага. Последние защитники линейного корабля стали бросаться в воду, в то время как русские, поднявшись на борт, подвели брандер. Сам корабль уже загорелся от брандскугеля.
К этому времени Нассау-Зиген послал небольшое подкрепление на правый фланг — бригадиру П. Алексиано, где продолжался тяжелый бой, и одна русская плавучая батарея затонула от подводной пробоины. Сам командующий гребной флотилией атаковал другой севший на мель турецкий 64-пушечный корабль — на этот раз флагманский корабль капудана-паши. Флот противника отступал по всей линии обороны под прикрытие батарей Очакова. Капудан-паша оставил обреченный флагманский корабль, который вскоре сдался и был объят пламенем пожара.
К вечеру российская эскадра и флотилия стали на якорь напротив Очакова. Оба флагмана остались недовольны друг другом, так как Джонс стремился захватить сдавшиеся корабли турок, а Нассау-Зиген торопился их поджечь. Не договорились адмиралы и о диспозиции. Ночью Хасан-паша решил вывести флот из Лимана, но около 22 часов неожиданно для себя попал под огонь суворовского блокфорта. В темноте, под обстрелом, турецкие корабли пришли в замешательство, многие из них сошли с фарватера и сели на мель. Утром Суворов послал унтер-офицера к Нассау-Зигену с сообщением об обстановке и с предложением атаковать.
Оставив 2 плавбатареи и 3 галеры для прикрытия эскадры Джонса, посчитавшего атаку слишком рискованной для своих парусных кораблей. Нассау-Зиген и Алексиано с гребной флотилией встрою полумесяца напали на противника. Сражение продолжалось 4,5 часа и, несмотря на поддержку кораблей турецкими крепостными батареями, окончилось катастрофой для султанского флота. Два 60-пушечных линейных корабля и 3 больших 40–50-пушечных фрегата (или корабля) сгорели, подожженные брандскугелями. Огнем блокфорта и судов российской гребной флотилии были потоплены два 34-пушечных фрегата, две больших шебеки, бомбардирский корабль, галера и транспортное судно. Один 54-пушечный корабль сдался в плен (впоследствии служил в российском флоте под названием «Леонтий Мученик»). Два фрегата и несколько других малых судов укрылись под стенами Очакова.
За два дня сражения турецкий флот лишился 10 (из 16) линейных кораблей и фрегатов, приведенных капудан-пашой в Лиман. Общие потери противника Нассау-Зиген оценивал в 478 орудий и 2000 погибших моряков. Кроме того, 1673 турецких офицеров и матросов попали в плен. Турки признают потери в сражении в «море Ози» (лимане) в 2 линейных корабля. Еще один был потерян в 1787 г. в Черном море во время шторма{20}.
Российская гребная флотилия потеряла одну плавучую батарею, 18 человек убитыми (2 офицера) и 67 ранеными (10 офицеров). В числе погибших был первый кошевой атаман Бугского войска верных казаков полковник СИ. Белой, отличившийся храбростью в бою 7 июня. 1 июля 1788 года флотилия К. Нассау-Зигена с потерей 79 человек уничтожила остатки турецких кораблей в Лимане — 2 фрегата и 7 малых судов.
Стратегическое значение Очаковской победы 17–18 июня определялось, в первую очередь, масштабами потерь султанского флота, который лишился десяти больших кораблей и сотен моряков. Отступление капудан-паши из Лимана означало также торжество российского оружия и явилось большой победой в моральном отношении, хотя противник сохранил еще достаточно сил для продолжения борьбы и, как показали последующие события, мог возобновить блокаду Лимана.