Морской бой завязался ранним утром, в четыре часа, и длился до темноты. Гребная флотилия под командованием вице-адмирала Нассау-Зигена действовала умело, учитывая все слабые стороны морской армады турок. Умелым маневром гребные суда русских завлекли громоздкие военные фрегаты на лиманские мели, а затем в упор расстреливали и поджигали их. В первые часы боя русские уничтожили 2 турецких линейных фрегата, в том числе и флагманский корабль капудан-паши, спасшегося с горящего корабля на шлюпке. Турки дрогнули и начали отступать по курсу, специально предложенному им заманивающими легкими русскими гребными судами – мимо берегового сектора русских орудий, установленных скрытно по приказу А.В. Суворова на оконечности Кинбурнской косы. Артиллерийским огнем этой суворовской засады тогда были уничтожены линейный корабль турок, два фрегата, две шебеки и транспортное судно.

За два дня морского сражения турецкий флот потерял 15 военных кораблей, более 570 пушек, 6 тысяч убитыми и ранеными. Русские потери тогда не превысили 120 человек. Общими усилиями русские пленили 1800 турецких моряков.

По представлению Потемкина императрица наградила принца Нассау-Зигена орденом Св. Георгия II степени и пожаловала ему 3020 крепостных в Могилевской губернии.

Капудан-паша со своим резервом еще несколько раз пытался деблокировать турецкие корабли в Лимане, но его суда отогнал прицельный огонь батареи с Кинбурна. К этому времени к Очакову подошла Севастопольская эскадра русских и оказала действенную помощь суворовским войскам, прочно окружившим Очаков. Принц Нассау-Зиген на военном совете предложил план нападения на Очаков с моря, но его довольно неприлично высмеял Потемкин, принц обиделся и уехал в Петербург. В столице героя Лимана радушно приняла Екатерина II, наградила храбреца богатой шпагой с именной надписью и поручила ему секретное задание – выехать в Испанию и Францию, провести с главами этих государств переговоры о заключении с ними военного договора.

Блестящие победы принца Карла-Генриха Нассау под Очаковым вошли в летопись славных побед российского флота.

По возвращении из заграничной поездки принц в 1788–1790 гг. участвовал в подготовке российского галерного флота к грядущей Русско-шведской войне. Команды кораблей состояли из неопытных матросов, незнакомых с морем. Строительных материалов и вооружения не хватало. Принц, ознакомившись с силами и позициями шведов, не смог реально рассчитывать на быструю победу над опытным, могучим морским противником.

Первым серьезным испытанием для принца Нассау-Зигена стало Рогенсальмское сражение, начавшееся на рассвете 13 ав густа 1789 г. между гребными флотилиями России и Швеции в Финском заливе. Русский гребной флот под началом вице-адмирала Нассау-Зигена, общей численностью 86 судов с 1283 орудиями, атаковал с юга и севера шведскую гребную флотилию адмирала Эренсверда, состоявшую из 62 боевых кораблей, вооруженных 783 орудиями, и которая стояла на Роченсальмском рейде вблизи устья реки Кюми-Йоки.