После этого по сигналу «спуститься на неприятеля» Российский флот сблизился с неприятелем на дистанцию картечного выстрела (менее 100 м) и в 15 ч вступил в «жестокое сражение». Под огнем русских кораблей турки терпели большие повреждения и потери и невольно спускались под ветер, преследуемые настойчивым противником. Около 16 ч один из флагманских — передовой 80-пушечный корабль турецкого флота — «чрезвычайно легкий» на ходу, вырвался вперед и, повернув оверштаг, попытался выиграть ветер и поразить продольным огнем головной корабль российского флота «Св. Георгий Победоносец». По сигналу Ф.Ф. Ушакова фрегаты «корпуса резерва», прибавив парусов, пресекли эту дерзкую попытку. Попав под огонь фрегата «Иоанн Воинственник», которым командовал капитан 2 ранга А. Г. Баранов, турецкий корабль спустился под ветер и прошел между линиями враждебных флотов, поражаемый ядрами с кораблей российского авангарда и кордебаталии. Серьезный урон потерпел и флагманский корабль капудан-паша Хюсейна, атакованный флагманским кораблем Ф.Ф. Ушакова «Рождество Христово» и соседними с ним сильнейшими кораблями.
Около 17 ч, не выдержав сильного огня русских, капудан-паша, а за ним и весь турецкий флот, повернув через фордевинд, обратились в беспорядочное бегство. При повороте корабли Хюсейн-паши и следующего за ним по старшинству флагмана — трехбунчужного паши (адмирала) Саит-бея — опасно сблизились с российской линией баталии. «Рождество Христово» и «Преображение» нанесли этим кораблям новые серьезные повреждения. Флагманский корабль Саит-бея, 74-пушечный «Мансурие» («Мансюриет-2»), один из лучших в османском флоте, лишился сбитых ядрами грот-марселя и крюйселя.
Российский флот под всеми парусами преследовал противника до 20 ч, когда последний «в рассуждении легкости судов» несколько оторвался от погони и, не зажигая огня, стал скрываться в темноте. Ф.Ф. Ушаков, стремясь сохранить наветренное положение, повернул оверштаг и к 21 ч 30 мин соединенно поставил свой флот на якорь.
На рассвете 29 августа русские вновь вступили под паруса и с 7 ч продолжали преследование кораблей турецкого флота, которые, следуя движениям капудана-паши, в беспорядке лавировали с целью выхода на ветер. Общая погоня «по способности» позволила наиболее быстроходным российским кораблям вырваться вперед и к 9 ч отрезать поврежденный 66-пушечный линейный корабль «Мелеки-Бахри», который бросился к берегу. За ним устремились 66-пушечный корабль «Мария Магдалина» под брейд-вымпелом капитана бригадирского ранга Г.К. Голенкина, 50-пушечный корабль «Святой Александр Невский» под командованием капитана 2 ранга Н.Л. Языкова, а также два фрегата. Около 10 ч утра, окруженный русскими кораблями и считая сопротивление безнадежным, капитан Кара-Али сдал «Мелеки-Бахри» бригадиру Г.К. Голенкину. В плен попали 560 турецких моряков, остальные 90 членов экипажа «Мелеки-Бахри» погибли или умерли от ран, полученных в бою 28 августа.
Большинству турецких кораблей во главе с капудан-пашой удалось вырваться на ветер и отступить к турецким берегам. Однако поврежденный 74-пушечный корабль Сайт-бея «Мансурие», покинутый своими товарищами, в 10 ч утра был настигнут капитаном I ранга P.P. Вильсоном на 50-пушечном корабле «Св. Андрей Первозванный», который своим огнем сбил на корабле противника фор-марсель и заставил его уменьшить ход. Это позволило сблизиться с «Мансурие» кораблям «Святой Георгий Победоносец» и «Преображение Господне», а вскоре и сильнейшему во флоте кораблю «Рождество Христово». Сеит-бей и капитан Махмет-дерия отчаянно оборонялись, но «Рождество Христово» подошел к «Мансурие» на расстояние «не более 30 сажень» (54 м) и огнем тяжелых орудий нанес ему «наижесточайшее поражение». Все три мачты турецкого корабля упали за борт, и «Рождество Христово» беспрепятственно зашел с носа, чтобы довершить разгром противника. Но в этот момент — около 11ч — турецкие моряки высыпали наверх и запросили пощады.
«Мансурие» уже горел — на нем показался густой дым «от влепившегося в корму брандскугеля». Посланная русскими шлюпка успела снять с корабля самого Сайт-бея, командира и 18 прочих «чиновников», другие шлюпки не могли пристать к объятому пламенем корпусу. Вскоре «Мансурие» «взорвало на воздух», и русским осталось подбирать уцелевших от взрыва уже из воды и с обломков. Таким образом было спасено 81 человек «турок и разных людей». Напомним, что имя «Мансурие» в переводе на русский означает «Спомоществующий», но здесь ему самому оказали помощь только враги. В наших боевых документах он был назван «Капудания» («Капитания») и под этим именем вошел в сочинения всех российских и советских историков.
Согласно полученным от пленных сведениям, «Мансурие», совершенно новый корабль, впервые вышел в море. Вся его артиллерия была медной: на нижнем деке стояли 38-фунтовые, на верхнем — 18-фунтовые орудия.