Ровно в 8 часов с подъёмом флага, на „Весте“ пробили тревогу. Согласно инструкции, подписанной главным командиром Черноморского флота вице-адмиралом Н. А. Аркасом, предполагалось при встрече с неприятельским броненосцем вести артиллерийский бой на дистанции не менее 10 кб, причём после пристрелки поддерживать ретирадный огонь из мортир на дистанции 20–22 кб, вне дальности эффективной стрельбы неприятельских орудий. Все расчёты строились на предположении, что „пароходы активной обороны“ имеют преимущество в скорости перед турецкими кораблями.
Судя по рапорту Баранова, сблизившись до 1000 саженей, „Веста“ дала залп из баковых мортир с помощью индикатора Давыдова. Обе бомбы упали сразу за кормой броненосца. После чего Баранов положил лево на борт и успел повернуть, прежде чем турки ответили, затем он подвернул вправо и привёл неприятеля в кильватер. Благодаря стремлению турок отрезать „Весте“ путь на Одессу, расстояние уменьшалось медленно. С парохода открыли огонь из трёх кормовых мортир, наводя их всем корпусом. Заметив это, броненосец вышел на левую раковину „Весты“ и в дальнейшем удерживал эту позицию, стреляя из носового орудия или двух бортовых, для чего отворачивал влево. Несмотря на маневрирование парохода, турок медленно приближался. По направлению он стрелял хорошо, но из-за зыби давал недолеты или перелёты. Постепенно „Веста“ легла на курс к Севастополю.
Около 10 часов утра расстояние уменьшилось до 5 кабельтовых. На мостике парохода решили больше не уклоняться к югу. По утверждениям Н. М. Баранова, вскоре залп кормовых мортир попал броненосцу в корму, однако и ответный залп турок принос много разрушений: был разбит прибор Л. П. Давыдова, убиты подполковник К. Д. Чернов и прапорщик Л. Н. Яковлев, 4 матроса, ранены лейтенант Л. С. Кротков и вся прислуга мортир. Между тем, как вспоминал В. И. Франковский: „От первого выстрела до первого раненого прошло ровно три часа (с половины девятого до половины двенадцатого)“. Лекарь вспоминал, что услышал взрыв и продолжительный треск, идущий с кормы в нос, затем стоны. Первой жертвой стал комендор 1-го Балтийского флотского экипажа Леонтий Каширский, раненный в голову. С ним были ранены ещё два матроса. У подполковника К. Д. Чернова шрапнелью перебило бедренную артерию, смертельное ранение в шею получил прапорщик Л. Н. Яковлев, у лейтенанта М. П. Перелешина оказалось сломано бедро. Н. М. Баранов был контужен в голову и ушиблен в левое плечо.
Один из неприятельских снарядов, как докладывал Баранов, пробил борт и разорвался в жилой палубе. Над кормовой крюйт-камерой разгорелся было пожар, но его быстро потушили. Тогда же турки открыли огонь из ружей и скорострельных пушек. В дальнейшем „Веста“ отвечала только из одной кормовой мортиры, у броненосца не действовало заднее казематное орудие. Расстояние между противниками продолжало уменьшаться. На пароходе была разрушена „минная каюта“, перебиты коммутаторы и проводники от буксируемого шеста и мин. В начале второго часа мортирная бомба попала в носовую оконечность броненосца и, видимо, подбила погонное орудие, которое замолчало. Турецкий же снаряд повредил штуртрос, и „Весту“ поставило лагом к неприятелю, но тот не мог стрелять из крупных орудий. Когда расстояние сократилось до 350 саженей (около 640 м), удачное попадание в переднюю часть каземата неприятельского заставило турок остановить машину, после чего крейсер сумел оторваться».