Сосредоточенный огонь неприятеля перебил на «Евстафии» снасти и лишил его способности самостоятельно передвигаться. Корабль стал дрейфовать в сторону турецкого флота — его сносило прямо на флагманский турецкий корабль «Реал-Мустафа». При этом он ни на минуту не прекращал огня, направленного на вражеский флагман. Когда «Евстафий» уперся в него бушпритом, русские и турецкие матросы схватились в ожесточенном рукопашном бою. Одному из матросов «Евстафия» удалось пробиться к кормовому турецкому флагу. Он попытался сорвать его — но правая рука была тотчас же перебита; он повторил попытку левой рукой — то же самое. Тогда он вцепился во вражеский флаг зубами — и сорвал-таки его! Изодранный флаг был доставлен Спиридову.
В час дня огонь единорогов «Евстафия» вызвал пожар под шканцами «Реал-Мустафы». Гассан-паша, чтобы избежать плена, на шлюпке, поджидавшей у противоположного борта, ретировался на 100-пушечный корабль «Капудан-паша», а пожар на «Реал-Мустафе» продолжал разгораться, угрожая теперь и «Евстафию». В этих условиях Спиридов как старший флагман, руководивший боем, в соответствии с требованием Морского устава принял решение покинуть судно и перенести свой флаг на «Три Святителя».
Едва шлюпка успела отвезти Спиридова и Федора Орлова, как рухнула охваченная огнем грот-мачта «Реал-Мустафы», и горящие обломки ее попали в открытую крюйт-камеру «Евстафия». Раздался взрыв огромной силы, а через некоторое время — второй: «Реал-Мустафа» разделил участь «Евстафия». Из всего экипажа «Евстафия» спаслись лишь его командир, капитан 1 ранга Круз, израненный и обожженный, но удержавшийся на воде за обломок мачты, 9 офицеров и 51 матрос.
Уничтожение турецкого флота в Чесменской бухте. Художник Я. Ф. Хаккерт
Взрыв «Реал-Мустафы» вызвал панику в рядах турецкого флота. Корабли стремились отойти подальше от страшного места, чтобы не загореться, и в беспорядке отходили в Чесменскую бухту. При этом паника была явно несоразмерна реальной ситуации — был потерян только один корабль, Гассан-паша спасся с взорвавшегося корабля и нашел пристанище на «Капудан-паше», откуда вполне мог руководить боем. Но и у команды этого корабля настроение было отнюдь не боевое: примерно за час до взрыва «Реал-Мустафы» он попал под ураганный огонь с «Трех Иерархов», причем из-за неудачного маневра при снятии с якоря минут пятнадцать стоял под опустошительными продольными выстрелами с русского корабля. Сумятицу на турецких кораблях усиливало то, что многие из них в бегстве сталкивались друг с другом. Примерно в половине второго Гассан-паша вывел из боя последние корабли и увел их в Чесменскую бухту.
Итак, в результате боя, длившегося примерно два часа, турецкая эскадра была полностью деморализована. Однако численное превосходство по-прежнему оставалось на ее стороне. Кроме того, из-за безветрия буксируемые гребными галерами неприятельские суда легко ушли от русской эскадры, не имевшей гребных галер. У противника оставалось также преимущество в скорости хода. Однако русские корабли надежно перекрыли выход из бухты, а бомбардирский корабль «Гром» уже в 17.00 начал обстрел турецкой эскадры из мортир и гаубиц. Бомбардировка, в которой участвовали линейные корабли «Святослав» и «Три Иерарха» и пакетбот «Почтальон» продолжалась и весь день 25 июня, еще больше усиливая деморализацию турок.
Через сутки после боя в Хиосском проливе, 25 июня, в пять часов дня под председательством главнокомандующего графа Алексея Орлова на линейном корабле «Три Иерарха», на котором он держал кайзер-флаг, собрался военный совет. Моряки настаивали на решительных и немедленных действиях, чтобы не упустить благоприятный момент вынужденной парализованности противника в тесной бухте. План разгрома турок был предложен Г. А. Спиридовым и И. А. Ганнибалом. Его идея была проста: использовать в качестве брандеров транспортные суда, сопровождавшие эскадру и не представлявшие значительной ценности. Надо было нагрузить их горючими материалами (смолой в бочках, селитрой, серой в парусиновых шлангах), а палубу, рангоут и борта пропитать скипидаром. Такой брандер представлял собой смертельную опасность, если бы сумел подойти к вражескому кораблю и зацепиться за него. Для этого к бушприту и нокам рей прикреплялись крючья, которыми его команда старалась зацепить за фальшборт и надстройки неприятельского судна. Снаряжение брандеров и подбор их командиров были поручены бригадиру Ганнибалу.
Для осуществления этого замысла требовались хладнокровные и опытные офицеры, не боявшиеся рискнуть жизнью. Первыми откликнувшимися на призыв Ганнибала были капитан-лейтенант Р. К. Дугдаль, лейтенанты Д. С. Ильин и Т. Мекензи (в дальнейшем — адмирал, именем которого названы высоты в окрестностях Севастополя) и мичман князь В. А. Гагарин. Команды брандеров тоже набирались из добровольцев.