Это привело к довольно сложному маневру русских – изменению строя из трех линий на правом галсе в одну на левом. При этом каждая дивизия изменила порядок, и бывшая центральная колонна стала авангардом. До того как линия была полностью сформирована для атаки, Саид Али, в тот момент возглавлявший турецкую линию, повернул оверштаг, имея целью обогнуть русский авангард. После этого Ушаков покинул свое место в линии, перешел под ветер от трех ведущих русских кораблей и атаковал корабль Саида Али с близкого расстояния, пройдя у него прямо перед носом и вынудив отойти под ветер. В это же время (около 4.45) остальной русский флот спустился под ветер для атаки и сражение стало всеобщим.
Мало-помалу турки спускались под ветер, и к 8.30, когда темнота положила конец сражению, они уже активно отступали в юго-западном направлении. На следующее утро 12 августа можно было увидеть, как они полным ходом идут к Босфору, и шансов догнать их не было. Корабли Ушакова бросили якоря в районе мыса Эмине, в 30 милях от Варны. Ни одна сторона не потеряла ни одного корабля, хотя ряд турецких кораблей получили повреждения, оставшись на плаву. Потери русских составили 17 человек убитыми и 28 ранеными. «Александр Невский» 50 получил серьезные повреждения корпуса, но остался в составе флота.
В день сражения была достигнута договоренность о перемирии, и начались мирные переговоры. Но до того как это стало известно, имело место еще несколько небольших столкновений. «Евангелист Марк»35 с крейсерскими кораблями уничтожил несколько турецких транспортов в районе мыса Эмине 12 августа, а на следующий день крейсерское судно «Панагия Апотуменгана» захватило и сожгло турецкую шебеку. 15-го русские крейсерские суда преследовали, правда безуспешно, группу из 4 алжирских шебек и 12 малых судов из Варны. Ушаков отбыл от мыса Эмине в Варну 16-го и, прибыв туда 19-го, получил информацию о перемирии. 31 августа он вместе со всем русским флотом вернулся в Севастополь.
Мир был заключен в Яссах 9 января 1792 года. Англия и Пруссия рассчитывали заставить Россию отказаться от ее завоеваний, как она сделала в конце шведской войны в 1790 году и как поступила ее союзница Австрия на юге. Питт даже объявил военную тревогу, подготовив в марте 1791 года 36 линкоров, и отправил совместный англо-прусский ультиматум, требующий восстановления всех территориальных завоеваний, но английское общественное мнение было против него, и ему пришлось уступить. В конечном счете Россия действительно отказалась от большой части своих территориальных приобретений и довольствовалась получением Очакова и всей территории между Бугом и Днепром. Анапа вернулась к туркам.