«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 шёл «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 трёхсотпяти-, 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 лёгкой 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, причём 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 трёхсотпяти- и восемь двухсотпятидесятичетырехмиллиметровых снарядов. Пересекая линию пролива, броненосцы отчётливо 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 днём первой бомбардировки укреплений Босфора».
Построившись в походный ордер, русская эскадра отошла на север. Корабли весь день и ночь провели в море, чтобы с рассветом снова подойти к Босфору и повторить бомбардировку.
На следующий день, 6 октября, эскадра вернулась к Босфору. Погодные условия были такие же, но мгла стала ещё гуще, и очертания берегов едва различались. Тем же кораблям и гидрокрейсеру Флагман приказал повторить бомбардировку. На этот раз задание было несколько иное, по семафору было передано на корабли: «План маневрирования тот же, расход снарядов тот же. Цели: «Ростиславу» — батарея на мысе Пайрас, «Трём Святителям» — две батареи южнее Румели-Фенер. В случае обстрела вас батареями разрешается выбить и другие цели».