Между восемью и девятью часами, когда два ведущих русских корабля, «Рафаил» и «Сильный», приблизились, весь турецкий флот открыл огонь. «Рафаил» вскоре был слишком сильно поврежден и не смог привестись к ветру. Он продолжал идти через турецкую линию между флагманом капудан-паши «Масудия» и его передним мателотом – кораблем Бейкер-бея «Садд-аль-бахр». Однако следующие два русских корабля сумели занять свои места, как было предусмотрено заранее, в плотной линии в кильватере от трех турецких флагманов.

Затем Сенявин повел линкоры «Твердый» и «Скорый» во главу линии и послал Грейга с кораблями «Ретвизан» и «Св. Елена», чтобы занять промежуток между ними и другими пятью русскими кораблями. Тем самым девять русских линкоров вступили в бой с шестью или семью турецкими линкорами и тремя или четырьмя фрегатами, а остальные корабли в турецком арьергарде временно оказались без противников. Огонь «Твердого» вскоре вывел из строя ведущий турецкий фрегат, после чего следовавший за ним линкор лег в дрейф, остановив всю линию и внеся сумятицу в ряды. Это позволило «Рафаилу», который снова был под контролем, пройти вдоль линии с подветренной стороны и выбраться на ветер в попытке занять подходящее место. Первый турецкий линкор спустился под ветер на перехват, но Сенявин устремился вдогонку, и турецкий корабль оказался слишком занятым, чтобы искать себе нового противника. Так «Рафаил» смог выйти на позицию в головной части линии, с наветренной стороны от нее, где можно было без помех заниматься ремонтом.

Тем временем турецкий авангард начал приводиться к ветру, и «Садд-аль-бахр» вступил в бой с «Твердым». Он тоже вскоре был вынужден спуститься под ветер и ушел в подветренную сторону, схватившись со «Скорым», который в это время вел бой с линкором и фрегатом с другого борта. Подошли корабли турецкого арьергарда и по пути движения один за другим спускались под ветер. К десяти часам турки уже активно отступали, причем «Скорый» и «Мощный» оставались среди них, а другие русские корабли, за исключением «Рафаила», следовали вплотную за ними в строю, более или менее напоминавшем полумесяц. Флагман Сенявина «Твердый» находился на северном краю линии – он был самым дальним из двух флотов с подветренной стороны.

Если бы ветер продержался, турки, вероятнее всего, оказались бы прижаты к выступу горы Афон или загнаны в небольшой залив между этим скалистым мысом и островом Тасос. Однако ветер постепенно стих, и Сенявин решил прервать бой и дать своим людям время для производства самых неотложных ремонтных работ. К полудню оба флота были более или менее стянуты, причем русские находились с восточной стороны – в отсутствие ветра нельзя было утверждать, что они с наветренной стороны.