Когда русские броненосцы вышли на указанную им дистанцию под азиатским берегом в районе мыса Эльмас, наблюдателями были замечены два больших двухтрубных парохода под турецкими флагами, видимо, груженые, которые пытались пройти в Босфор, идя полным ходом. Из пролива в это время им навстречу, сигналя прожекторами, вышли два миноносца. Пользуясь отличной видимостью, броненосец «Три Святителя» немедленно открыл огонь с дистанции шестидесяти пяти кабельтовых, причем с третьего залпа достиг попадания, а затем, когда пароходы повернули к берегу, стремясь уйти под защиту батарей Эльмаса, новые попадания вызвали на них пожар. Было видно, как команды спускают шлюпки и оставляют суда, приткнувшие к отмели.
«Ростислав» отогнал миноносцы двумя залпами, после чего они ушли в Босфор. Русский гидроплан сбросил бомбу на эсминец «Самсун», однако она упала в воду в двадцати метрах за его кормой.
Покончив с пароходами, «Три Святителя» в десять тридцать, идя на шестиузловом ходу за тральщиками, открыл огонь по батареям азиатского берега, сначала в районе мыса Эльмас, затем по укреплениям в районе Анатоли-Фенер. Следом шел «Ростислав» и повторял стрельбу по тем же батареям вслед за окончанием стрельбы головного корабля.
Обстрел азиатских укреплений продолжался до без десяти одиннадцать. По Эльмасу были выпущены восемь трехсотпяти-, шестьдесят стопятидесятидвух– («Три Святителя») и двадцать двухсотпятидесятичетырехмиллиметровых («Ростислав») снарядов. По наблюдениям с кораблей и аэропланов, снаряды ложились хорошо, но степень разрушений определить было невозможно, так как точного прицельного огня из-за легкой дымки вести было нельзя и обстрел производился по площадям. Батареи не отвечали из-за малой дальнобойности своих орудий. К этому времени авиаторы выяснили, что вплоть до бухты Золотой Рог в проливе больших судов нет. Пилотами было отмечено несколько прямых попаданий в батареи, причем в двух случаях произошли взрывы, давшие столбы дыма, окутавшие надолго одну из батарей.
В одиннадцать часов повернувшие на обратный галс броненосцы с той же дистанции обстреляли батареи европейского берега в районе Панас-Бурну, выпустив двадцать четыре трехсотпяти– и восемь двухсотпятидесятичетырехмиллиметровых снарядов. Пересекая линию пролива, броненосцы отчетливо видели ряд ближайших внутренних батарей там, где не было дымки, но обстрелять их не смогли, так как угол возвышения башенных орудий обоих кораблей был недостаточен. К двенадцати тридцати корабли закончили обстрел и пошли на соединение к своим силам. С их подходом на флагмане был поднят сигнал: «Поздравляю флот с историческим днем первой бомбардировки укреплений Босфора».