Около часа турецкий линейный корабль стойко оборонялся от нападавших русских гребных судов, которые, наконец, приблизились к нему на пистолетный выстрел. Орудия корабля замолчали, но команда продолжала отстреливаться из ружей. Сопротивление турок не прекратилось со спуском флага. Последние защитники линейного корабля стали бросаться в воду, в то время как русские, поднявшись на борт, подвели брандер. Сам корабль уже загорелся от брандскугеля.
К этому времени Нассау-Зиген послал небольшое подкрепление на правый фланг — бригадиру П. Алексиано, где продолжался тяжелый бой, и одна русская плавучая батарея затонула от подводной пробоины. Сам командующий гребной флотилией атаковал другой севший на мель турецкий 64-пушечный корабль — на этот раз флагманский корабль капудана-паши. Флот противника отступал по всей линии обороны под прикрытие батарей Очакова. Капудан-паша оставил обреченный флагманский корабль, который вскоре сдался и был объят пламенем пожара.
К вечеру российская эскадра и флотилия стали на якорь напротив Очакова. Оба флагмана остались недовольны друг другом, так как Джонс стремился захватить сдавшиеся корабли турок, а Нассау-Зиген торопился их поджечь. Не договорились адмиралы и о диспозиции. Ночью Хасан-паша решил вывести флот из Лимана, но около 22 часов неожиданно для себя попал под огонь суворовского блокфорта. В темноте, под обстрелом, турецкие корабли пришли в замешательство, многие из них сошли с фарватера и сели на мель. Утром Суворов послал унтер-офицера к Нассау-Зигену с сообщением об обстановке и с предложением атаковать.
Оставив 2 плавбатареи и 3 галеры для прикрытия эскадры Джонса, посчитавшего атаку слишком рискованной для своих парусных кораблей. Нассау-Зиген и Алексиано с гребной флотилией встрою полумесяца напали на противника. Сражение продолжалось 4,5 часа и, несмотря на поддержку кораблей турецкими крепостными батареями, окончилось катастрофой для султанского флота. Два 60-пушечных линейных корабля и 3 больших 40–50-пушечных фрегата (или корабля) сгорели, подожженные брандскугелями. Огнем блокфорта и судов российской гребной флотилии были потоплены два 34-пушечных фрегата, две больших шебеки, бомбардирский корабль, галера и транспортное судно. Один 54-пушечный корабль сдался в плен (впоследствии служил в российском флоте под названием «Леонтий Мученик»). Два фрегата и несколько других малых судов укрылись под стенами Очакова.
За два дня сражения турецкий флот лишился 10 (из 16) линейных кораблей и фрегатов, приведенных капудан-пашой в Лиман. Общие потери противника Нассау-Зиген оценивал в 478 орудий и 2000 погибших моряков. Кроме того, 1673 турецких офицеров и матросов попали в плен. Турки признают потери в сражении в «море Ози» (лимане) в 2 линейных корабля. Еще один был потерян в 1787 г. в Черном море во время шторма