Непомерно широкие, лишенные привычных мачт и парусов, необычные корабли медленно приблизились к Кинбурнской косе. Несколько раньше, лейтенант де Раффен (de Raffin) с «Девастасьона», взяв шлюпку, выставил три буя, обозначающих позиции для трех батарей. В ходе этой смелой операции он был убит огнем с форта. По плану, они должны были приблизиться на расстояние 600 метров, но на деле оказалось, что «Девастасьон» стал на якорь в 877 метрах, «Лавэ» в 975 и «Тоннант» — в 1150 метров от русского форта. «Девастасьон» открыл огонь первым — в 9.06, и вскоре к нему присоединились остальные. Преимущество постановки на якорь заключалось в том, что давало дополнительную устойчивость кораблю как орудийной платформе, и позволяло вести более точный огонь. Мортирные корабли, находясь в 2800 футах к югу от форта, также открыли огонь. Заговорили и орудия линейных кораблей.
Броненосные батареи вели огонь в течение четырех часов, выпустив за это время 3177 ядер и бомб по русским укреплениям. Когда русский артиллерийский огонь заметно ослаб, к броненосным батареям присоединились подошедшие к форту с тыла канонерки. Русские батареи Кинбурна, расстреливаемые с короткой дистанции, несли тем временем большие потери. После трехчасовой канонады были уничтожены 29 пушек, повреждены брустверы и казематы, 130 человек ранено и 45 убито. В 12.50 английский линейный корабль «Ганнибал» («Hannibal») занял позицию у оконечности косы, чтобы прикрыть проход французских корветов и английских фрегатов в залив. Его огонь быстро заставил замолчать прикрывавшую косу русскую батарею. Фрегаты и корветы направились в залив, заняли свои позиции и открыли огнь в 13.30, уже непосредственно перед окончанием боя.
В 13.50 Кинбурн капитулировал перед практически неуязвимым противником. Договор о сдаче был подписан в 15.00, и союзники смогли, наконец, занять укрепления. Этот успех, впрочем, не был реализован союзниками до конца и не привел к каким-либо изменениям на театре военных действий — прорыва в Буг, атаке Николаева и т. п.
Но падение Кинбурна (которого и считать-то крепостью было нельзя — это был форт, укрепление) произвело именно тот эффект на который надеялся главный инициатор и организатор первого в истории применения бронированных кораблей — Наполеон III. И эффект был более ощутим, чем падение Севастополя или бомбардировка союзниками Свеаборга — Россия запросила мира. «Намек» был слишком прозрачным — следующей целью для французских броненосных батарей (неуязвимых!) мог оказаться Кронштадт или даже Петербург! И ответить на такой «ход конем» было абсолютно нечем.
Ясно, что именно французские паровые броненосные батареи выиграли этот бой, и что именно они явились острием копья, при помощи которого союзники завладели русскими укреплениями. Другие корабли оказали им помощь, но роль их была исключительно второстепенной. Если бы грозные морские силы, как планировалось, отправились бы в 1856 году на Балтику, чтобы уничтожить русскую крепость Кронштадт, то броненосным батареям вновь бы следовало оставить всему прочему флоту лишь нанести “удар милосердия”.
Насколько велико было потрясение от первого применения брони говорит тот факт, что в России сдачу укрепления не посчитали чем-то унизительным для славы русского оружия — спустя 60 лет один из новейших линейных крейсеров получил название «Кинбурн». К чести русских артиллеристов — стреляли они отлично: «Девастасьон» получил 31 попадание в борта и 44 в палубу, «Лавэ» и «Тоннант» получили примерно по 60 попаданий каждый. Но весь этот меткий огонь оставил лишь десятки полуторадюймовых вмятин в железной броне французских батарей.
Джеймс П. Бакстер, суммируя воздействие огня русских на «Девастасьон», располагавшийся ближе прочих к Кинбурну, и попавший под самый ожесточенный обстрел, отмечал: «Двадцать девять ядер были отражены его четырехдюймовой броней, и тридцать пять пропахали борозды в его мощной дубовой палубе. Одно ядро, тем не менее, проникло внутрь батареи сквозь плохо защищенный люк, и еще два — через орудийные порты, убив двух человек, и ранив тринадцать». Остальные потери союзников в этот день — двое раненых на линейном корабле «Принцесс Ройал».
Флаг-капитан адмирала Лайонса отмечал, описывая воздействие русского огня на французские броненосные батареи, что «бомбы разбивались о них, будто стеклянные», и что французские батареи были «безупречны».