Тем временем турецкий флот выходил из пролива. 12 мая у Анатолийского побережья турецкие корабли окружили фрегат «Рафаил», командир которого сдался без боя. Это был настолько из ряда вон выходящий случай, что Император повелел в случае встречи захваченного турками корабля предать его огню, что и было сделано при Синопе 18 ноября 1853 года.
15 мая командир фрегата «Штандарт» сообщил Грейгу в Сизополе, что турецкий флот из 18 судов был замечен в 13 милях от Босфора, направлявшимся в пролив от Анатолии. Когда турки устремились в погоню за крейсирующим отрядом, командир «Штандарта» приказал судам идти своими курсами. Сам он направился к Сизополю и видел, как бриг «Меркурий» нагоняют турецкие корабли. Уже через три часа флот вышел в море и встретил «Меркурий», выдержавший бой с двумя линейными кораблями и заставивший противника отступить.
28 мая прибыл бриг «Орфей», истребивший у Шили два турецких судна. Капитан-лейтенант Колтовской сообщил, что 26 мая с фрегата «Флора» видели 6 кораблей, 3 фрегата и 9 меньших судов неприятеля, которые гнались за ним, но уже 27 мая их не было видно.
Поступили известия о готовности турок к атаке Сизополя: они ждали лишь ухода русского флота. 31 мая фрегат «Флора» доставил известие, что 28 мая видел у Килии флот из 16 вымпелов, которые после полудня входили в пролив. 2 июня Колтовской с брига «Орфей» сообщал, что турецкий флот (17 вымпелов) гнался за ним 1-го и 2 июня; главные силы были видны у Агатополя, а передовые — у мыса Зейтан. Очевидно, турки стремились привлечь внимание русского командования, чтобы заставить флот выйти из Сизополя и способствовать его захвату, не рискуя вступать в морской бой.
Грейг со своей стороны послал «Штандарт» и «Орфей» к Синопу, чтобы прервать судоходство до Пендераклии и выманить неприятеля из пролива. 5 июня он направил корабль «Пимен» крейсировать у Инады, «Пармен» — у Агатополя, фрегат «Евстафий» — у Сизополя, чтобы по цепочке кораблей передавать известие о выходе турецкого флота от фрегата, патрулирующего у входа в Босфор.
В мае появился новый противник — чума; для борьбы с нею Грейг приказал учредить карантин. Болезнь распространилась в Варне и Каварне, и адмирал просил разрешения сосредоточить снабжение армии в Сизополе, но в июне чума появилась и там.
6 июня турок-перебежчик сообщил, что двенадцатитысячный турецкий корпус ждет только появления флота, чтобы напасть на Сизополь. 15–17 июня из-за ошибочно понятого сигнала адмирал выходил с эскадрой в море. 25 июня с пятью кораблями, фрегатом и бригом Грейг вновь пошел к Босфору. 25 июня пришло известие о взятии Силистрии. Фрегат «Поспешный» сообщил, что у входа в пролив крейсирует эскадра из двух кораблей, фрегата и брига, но турки укрылись в Босфоре ранее, чем подошел посланный с тремя кораблями Скаловский.
Итак, с моря Сизополю ничто не угрожало, но с суши турки могли атаковать крепость. 1 июля Император повелел усилить гарнизон Сизополя 12-й дивизией, которая поступала в распоряжение главного командира. 4 июля адмирал с тремя кораблями вернулся в порт, оставив остальные под флагом Скаловского в море. 7 июля он вновь вышел с тремя кораблями, тремя фрегатами, бригом, бомбардирским судном, шхуной и 8 июля прибыл в Месемврию, к которой с Балкан спускались полки генерала Ротта. На предложение сдаться турки ответили отказом. 9 июля бомбардирские суда обстреляли крепость, 10 июля русские войска разбили войска сераскира, овладели лагерем и верфью. На следующий день, оказавшись под ударом с суши и кораблей, Осман-паша капитулировал. Взятый в порту корвет назвали «Ольга» в честь Великой княжны. В тот же день пришло сообщение Колтовского, что тот со своим бригом высадил десант и овладел без боя Ахиоло; большая часть его гарнизона бежала. Капитан-лейтенанту осталось передать крепость подошедшим войскам.
11 июля главнокомандующий войсками прибыл на «Париж», а 12 июля флот двинулся для взятия Бургаса, но по пути стало известно, что город уже заняли сухопутные войска, и корабли вернулись в Сизополь.
15 июля Скаловский сообщал, что нет возможности вызвать турецкий флот из Босфора, хотя его суда прервали сообщение Константинополя с Агатополем. Турецкие сухопутные войска тоже не выказывали твердости. 21 июля фрегат «Поспешный» овладел Василико, 24 июля фрегат «Флора» взял совместно с армией Агатополь.