А. Слейд считал, что турки с завидным терпением ожидали приближения противника; видимо, над капитанами довлел приказ, запрещающий первый выстрел. Сигнал с «Навек-Бахри» с просьбой открыть огонь был проигнорирован, и первый выстрел прогремел с «Низамие», когда русские были на половине дистанции огня. По данным русских документов, первые выстрелы турецкого флагманского корабля «Ауни-Аллах» прозвучали в 12.28; вслед за тем на приближающиеся русские корабли обрушился град ядер и книпелей. Береговая артиллерия запоздала, и только батареи № 5 и 6 продольным огнем препятствовали противнику занять боевую позицию. Задержка на берегу помешала туркам в начале сражения, в самый критический момент, использовать самое действенное их оружие, каленые ядра.
Турецкие артиллеристы первоначально традиционно били по рангоуту и такелажу головных кораблей. Задачей их было повредить оснастку и уменьшить способность неприятеля к маневрированию; кроме того, обычно при постановке на якорь посылали матросов для уборки парусов. Однако в данном случае Осман-паша просчитался.
Русские моряки избежали лишних потерь: они не стали крепить паруса, лишь взяли их на гордени и гитовы. Тем не менее передовые корабли серьезно пострадали. На головном корабле «Императрица Мария» снаряды перебили большую часть такелажа. Поэтому корабль и следовавший за ним «Великий князь Константин» встали на шпринг как шли, курсом норд-вест; затем заняли свои места «Чесма», «Париж», «Три Святителя» и «Ростислав», повернувшись носом к ветру, на норд-ост.
Русская боевая линия располагалась в 150–180 саженях (320–380 метрах) от неприятеля. Корабли эскадры открыли огонь после того, как два передовых встали на шпринг. Начав залпами, русские перешли к батальному огню. В отличие от турок они сразу сосредоточили огневую мощь для стрельбы по корпусам и палубам бомбами, ядрами и картечью, нанося противнику крупные повреждения и потери. Именно первые выстрелы во многом решали исход сражения, ибо затем в густом пороховом дыму становилось сложно наводить орудия. Все же, несмотря на низкий прицел, много русских ядер летело очень высоко, и часть их падала в море за перешейком, на расстоянии более километра.
Турки, сделав два-три залпа по мачтам атакующих, перенесли огонь на корпуса. Не сделав ни одного выстрела, «Императрица Мария» понесла значительный ущерб от обстрела 4 фрегатов и батареи. Тем не менее корабль занял боевую позицию и сосредоточил усилия на фрегате «Ауни-Аллах». Менее чем через полчаса неприятельский флагман расклепал якорную цепь и, не спуская флага, дрейфовал. Он был отнесен ветром к батарее № 6. Русский флагман перенес усилия на «Фазли-Аллах» (бывший русский «Рафаил», захваченный турками в 1828 году) и заставил горящий фрегат выброситься на мель перед городом, после чего «Императрица Мария» развернулась для поддержки левой колонны; но необходимости в этом не было, ибо корабли Новосильского действовали успешно.
В ходе боя у «Императрицы Марии» был перебит шпринг, но благодаря предусмотрительности Нахимова быстро завели новый верп, и корабль продолжал стрельбу.
«Великий князь Константин» вел бой с батареей № 4 и 2 фрегатами. Вскоре после начала обстрела от бомб загорелся и взорвался фрегат «Навек-Бахри»; его обломки, обрушившиеся на батарею № 4, временно вывели ее из строя. Повернувшись на шпринге, корабль сосредоточил огонь на фрегате «Несими-Зефер» и корвете «Неджми-Фешан»; около 13.00 фрегат с перебитой якорной цепью ветром отнесло к остаткам мола у греческого предместья, а избитый корвет оказался на мели у батареи № 5. Тем временем корабль «Чесма» подавил батареи № 3 и 4. В ходе перестрелки на нем был перебит шпринг, но моряки за несколько минут завели новый, и «Чесма» продолжила огонь уже другим бортом. Около 14.30 корабли колонны прекратили стрельбу.
Левая колонна открыла огонь уже при подходе к якорной стоянке. «Парижу» потребовалось четыре с половиной минуты, чтобы встать на шпринг. Целями корабля стали батарея № 5, корвет «Гюли-Сефид» и фрегат «Дамиад» («Дамиетта»). «Париж» выбросил бомб больше, чем любой другой корабль, — 70. В итоге уже после 13.05 взлетел на воздух «Гюли-Сефид». Затем «Париж» обстрелял продольным огнем дрейфовавший мимо «Ауни-Аллах», заставил выброситься на берег «Дамиад» и, повернувшись на шпринге, перенес огонь на сильнейший фрегат эскадры «Низамие»; к 14.30 фок- и бизань-мачты фрегата были сбиты, и он встал на мель, а затем загорелся.
Об условиях, в которых вел бой «Париж», говорит следующий эпизод. Командовавший батареей корабля мичман Н. Г. Ребиндер, не видевший в дыму «Дамиад», попросил находившегося при флаге старшего штурмана С. А. Родионова указать направление на цель; несмотря на то что щепки разбитого катера поранили лицо штурмана, он указал направление, и в этот момент ядро оторвало ему руку…