Картину состоявшегося 20 мая сражения можно восстановить, опираясь на написанное уже по итогам морского боя письмо Петра I князю Ф. Ю. Ромодановскому, «Сказание о взятии города Азова», а также на официальное описание сражения, которое было послано по дипломатическим каналам в Варшаву и Вену. К началу сражения на рейде Азова стояло уже 13 турецких морских кораблей. Поскольку из-за мели они не могли подойти близко к берегу, то выгрузку боеприпасов и снаряжения производили на 13 тунбасах (небольших грузовых судах) под охраной 11 ушколов (малых парусно-гребных судов) с янычарами на борту.

Тунбасы первыми подверглись атаке казаков. 9 тунбасов удалось сжечь, предварительно разграбив. По поводу захваченных тунбасов в источниках существует расхождение. В письме царя говорится, что захватили и привели один тунбас, а в официальном сообщении за рубеж и «Сказании» — два. Остальные тунбасы ушли к стоявшим на рейде кораблям. Преследуя турок, казаки атаковали и их. Из 13 морских кораблей один был сожжен. По поводу еще одного источники приводят различные сведения. В письме Петра говорится, что турки затопили его при уходе от Азова; в других источниках — что его пустили на дно сами казаки из-за невозможности увести в Дон. На тунбасах было захвачено 26 пленных, 85 бочек пороха, 300 бомб, 5 тыс. гранат[1585]. Сбором трофеев после победы занялся Гордон со своими людьми[1586]. О первой победе под Азовом в морском караване, стоявшем под Сергиевым, узнали 21 мая, когда был дан салют в честь разгрома турецкого флота[1587].

Петр, описывая в письмах победу, пишет о нападавших на турок: «мы, холопи твои, в малых судах, а казаки в лотках»[1588]. Однако очевидно, что это «мы» не могло относиться к царю или Лефорту. Таким образом, основные трофеи достались донским казакам. Тот факт, что новопостроенный морской флот отошел, не вступая в сражение с турецким караваном, выглядит вполне естественно. Если бы корабль с царем на борту сел на мель на виду у турок, те смогли бы выиграть кампанию одним ударом.

Описываемые события показали, что для морской блокады Азова ввиду мелководья устья Дона был нужен не морской флот, а небольшие суда привыкших к войне в этих местах донских казаков. Однако основную роль в блокировании морского и речного сообщения с Азовом сыграли не суда, а форты, снабженные артиллерией. 19 мая Гордон начал возведение первого форта на острове, образованном протокой Каланчей. 2 июня генерал приступил к постройке бастиона, который должен был блокировать Азов со стороны моря[1589].