Следовательно, русская эскадра по числу кораблей и по количеству пушек значительно уступала противнику. Но по качеству тактической подготовки командования, храбрости и мужеству личного состава эскадра Сенявина намного превосходила турецкую.
При ветре с востока-северо-востока силой 3-4 балла русская эскадра спускалась на противника двумя колоннами, из которых левую составили 6 кораблей, предназначенных для атаки флагманов, правую - 4 корабля под командой самого Сенявина. Около 7часов по сигналу флагмана "Спуститься на неприятеля" левая колонна повернула на противника и пошла перпендикулярно его курсу, направляясь на центр вражеской линии. Правая колонна также изменила курс, стремясь охватить голову неприятельской линии. В 7час.45мин. на "Твердом" был поднят сигнал Сенявина: "Назначенным кораблям атаковать неприятельских флагманов вплотную". Так как турки были под ветром и их пушки имели большой угол возвышения, они открыли огонь первыми. Пушки русских кораблей были заряжены двумя ядрами для первого залпа, и согласно приказу корабли не открывали огня до тех пор, пока не подошли на дистанцию картечного выстрела.
Стремясь как можно скорее подойти ближе к противнику, корабли левой колонны не придерживались строя при подходе и шли попарно. Каждая пара направлялась на назначенный ей флагманский корабль. Первой парой были "Рафаил" с "Сильным". На них-то и сосредоточился огонь всей эскадры противника. При подходе к неприятельской линии "Рафаил", имея сбитые паруса, не послушался руля и прорезал строй турок между кораблями "Мессудие" и "Седель-Бахри", ведя огонь с обоих бортов. "Сильный" и две другие пары кораблей, подойдя на дистанцию пистолетного выстрела, легли на курс, параллельный курсу противника. Строй их был сомкнут так тесно, что бушприты задних кораблей лежали на корме передних. Только отлично подготовленные командиры и команды могли осуществить этот сложный маневр, находясь в непосредственной близости от неприятеля, под его огнем. Тем временем колонна под командой Сенявина атаковала авангард противника; флагманский корабль "Твердый" очень быстро сбил головной фрегат турок, а затем, ударив по следующему в линии кораблю, заставил и его лечь в дрейф, чем остановил движение всей колонны противника. К этому времени вышел "Рафаил", команда которого уже исправила повреждения корабля и, идя параллельным курсом, продолжал стрелять по головному турецкому кораблю. Два следующих турецких корабля оказались под сосредоточенным огнем всех четырех кораблей колонны Сенявина и, не выдержав их огня, тоже спустились под ветер. Четвертым линейным кораблем в турецкой линии шел "Седель-Бахри" - флагманский корабль Бекир-бея, уже основательно пострадавший от обстрела артиллерии левой колонны. Сенявин на "Твёрдом" преградил ему путь и продольным залпом сбил оставшиеся паруса и реи. "Скорый" продолжал сражаться с тремя первыми кораблями и одно время был в очень тяжелом состоянии, но затем ему удалось оторваться от неприятеля.
Вследствие смелых и решительных действий русских кораблей уже к 10часам получившие повреждения турецкие корабли были вынуждены выйти из строя и в беспорядке отходить по направлению к Афонской горе. В 10часов Сенявин поднял сигнал "Спуститься к противнику еще ближе и преследовать его неослабно".
Между тем и левая колонна делала свое дело. "Мощный" и "Сильный" вели сосредоточенный огонь по "Мессудие", остальные корабли стреляли по другим турецким кораблям. Вследствие остановки линии турецких кораблей русские корабли постепенно выдвигались так, что около 10час.30мин. концевой корабль "Ярослав" поравнялся с "Мессудие". Однако он вследствие потери управления произвольно развернулся, а затем увалился на левый галс и пошел контркурсом с концевыми кораблями турецкой линии.
К 12 часам обстановка боя была следующая: "Скорый" продолжал сражаться с тремя кораблями авангарда; "Рафаил", пройдя линию, вышел на ветер и приводил в порядок свой разбитый такелаж и паруса; "Ретвизан" и "Св.Елена" находились на ветре относительно авангарда противника: "Мощный" оказался в середине турецкой эскадры; остальные корабли, растянувшись дугой, сражались с неприятельским центром. Расстояние между противниками постепенно увеличивалось. . В час дня ветер совершенно стих, и обе эскадры прекратили бой. Турецкая эскадра разделилась на три группы:
подветренная - из трех кораблей авангарда и трех фрегатов;
центральная - из четырех кораблей и двух фрегатов;
последняя, где без парусов на буксире шли флагманский 90-пушечный корабль "Седель-Бахри" и буксировавший его корабль "Бешарет-Нюма", фрегат "Нессим-Фету" и шлюп "Метелин".
За время боя турецкие корабли были сильно избиты, и часть из них едва держалась на плаву. Из русских кораблей имели повреждения "Рафаил", "Твердый", "Мощный" и "Скорый".
К 2 часам дня окончательно заштилело, а затем ветер изменился и стал дуть с запада. Таким образом, турецкая эскадра оказалась на ветре и, приведя в бейдевинд, стала быстро уходить от русских кораблей на север. Разбитый "Седель-Бахри" и его конвоиры постепенно отставали от остальных кораблей. К 6часам вечера, когда ветер стал свежее, Сенявин приказал "Уриилу" и "Селафаилу" отрезать их. Назначенные корабли направились в погоню, и ночью конвоиры ("Бешарет-Нюма", "Нессим" и "Метелин") бросили "Седель-Бахри", спасаясь от настигавших их русских кораблей. "Седель-Бахри" сдался в плен. Утром 20 июня основные силы турецкой эскадры продолжали оставаться на ветре и были недосягаемы для Сенявина, но те корабли, которые пытались конвоировать "Седель-Бахри", а затем бросили его, не успели догнать свою эскадру и остались под ветром у Афона. Сенявин приказал четырем кораблям отрезать их. Спасаясь от преследования, турки были вынуждены выброситься на мель и сжечь свои суда. На рассвете 22июня были замечены два больших дыма. Впоследствии выяснилось, что турки сожгли еще один корабль и один фрегат, разбитые так, что они не смогли идти вместе с флотом. Вскоре затонули еще два турецких фрегата у о.Самофраки. .
Таким образом, в результате Афонского сражения турецкая эскадра потеряла 3линейных корабля, 4фрегата и шлюп. Чрезвычайно велики были потери в личном составе. К примеру, на одном только "Седель-Бахри" было 230убитых, 160раненых, а 774человека были взяты русскими в плен. С русской стороны потерь в судовом составе не было.
После боя Сенявин пошел на выручку своей базы - Тенедоса, которая героически держалась в борьбе с численно превосходившими силами противника. Когда русская эскадра подошла к Тенедосу, осаждавшие крепость турки оказались между двух огней - между крепостью и кораблями. Вступив в переговоры с начальником турецкого десанта, Сенявин предложил туркам сдаться с условием, что разоруженные турецкие войска будут доставлены на анатолийский берег. Турки согласились. 28июня около 5000турок были перевезены на берег, все осадные пушки и оружие были сданы русским. Турецкая же эскадра 26июня вошла в Дарданеллы и более уже не выходила из пролива. Русский флот завоевал господство на море.
Непосредственным политическим результатом Афонской победы было обращение турецкого правительства с предложением начать переговоры о перемирии. В августе эти переговоры закончились заключением перемирия.
Что обеспечило успех русских моряков в Афонском бою? Прежде всего победа над противником была достигнута благодаря превосходной подготовке, мужеству и героизму матросов и офицеров русских кораблей. Русская эскадра совершала длительные переходы и имела . замечательную практику. Большое внимание на эскадре уделялось дисциплине, организации службы, боевой выучке и искусству маневрирования. Все командиры кораблей еще раньше всесторонне изучили боевой приказ и усвоили замысел адмирала. Сам же приказ отличался простотой и ясностью изложения. Учитывая хорошую предварительную подготовку командиров кораблей, он давал им свободу действий.
В Афонском сражении Сенявин показал себя как выдающийся флотоводец, достойный продолжатель традиций Ушакова. Он превосходно использовал сильные стороны русского флота - хорошую маневренную подготовку кораблей, боевую выучку личного состава, сводя на нет превосходство материальной части противника. Имея меньшее число кораблей, Сенявин на решающем участке данного боя - против флагманских кораблей - сосредоточил двойное превосходство сил (против одного борта корабля противника два своих корабля). Сенявин знал, что турецкие корабли стойко сражаются лишь до вывода из строя их флагманов, а затем боеспособность их резко падает, так как командиры не подготовлены к самостоятельным действиям. Там, где обстановка была ясна и в течение боя мало могла измениться (левая колонна), Сенявин предоставлял командирам возможность действовать самостоятельно; там же, где обстановка быстро изменялась, Сенявин брал руководство на себя. Он непосредственно командовал правой группой, атаковавшей авангард противника.