Оказав помощь гарнизону, с десятью кораблями Сенявин пошел искать неприятеля. Он решил держаться ближе к Лемносу, перекрывая все пути к Дарданеллам. На рассвете 19 июня с русской эскадры заметили турецкий разведывательный корабль, а затем и всю эскадру. Ранее русской эскадре был отдан приказ:
«Обстоятельства обязывают нас дать решительное сражение, но, покуда флагманы неприятельские не будут разбиты сильно, до тех пор ожидать должного сражения весьма упорнаго, посему сделать нападение следующим образом: по числу неприятельских адмиралов, чтобы каждого атаковать двумя нашими, назначаются корабли „Рафаил“ с „Сильным“, „Селафаил“ с „Уриилом“ и „Мощный“ с „Ярославом“. По сигналу № 3 при французском гюйсе немедленно спускаться сим кораблям на флагманов неприятельских и атаковать их со всевозможной решительностью, как можно ближе, отнюдь не боясь, чтобы неприятель пожелал зажечь себя. Происшедшее сражение 10-го мая показало, чем ближе к нему, тем менее от него вреда, следовательно, если бы кому случилось и свалиться на абордаж, то и тогда можно ожидать вящаго успеха. Пришед на картечный выстрел, начинать стрелять. Если неприятель под парусами, то бить по мачтам, если же на якоре, то по корпусу. Нападать двум с одной стороны, но не с обеих бортов; если случится дать место другому кораблю, то ни в коем случае не отходить дальше картечнаго выстрела. С кем начато сражение, с тем и кончить или потоплением или покорением неприятельского корабля.
Как по множеству непредвидимых случаев не возможно сделать на каждый положительных наставлений, я не распространю оных более; надеюсь, что каждый сын отечества потщится выполнить долг свой славным образом.
Корабль „Твердый“. Дмитрий Сенявин».
С точки зрения военно-морского искусства этот приказ безукоризненный. В нем есть все: и характеристика противника, и цели сражения, и выделение направления главного удара. Причем сам Сенявин действовал не на главном направлении, где все было ясно: по паре кораблей с одного борта вступают в сражение с неприятельскими адмиральскими кораблями. Он с четырьмя кораблями составлял как бы резерв, обеспечивавший действия сил на главном направлении. Используя этот резерв, он сначала ударил по авангарду, чем нарушил строй, а затем отразил подходивший на помощь адмиральским кораблям неприятельский арьергард.
19 июня в пятом часу утра на «Твердом» был дан сигнал: «Поставить все возможные паруса и спускаться на неприятеля!»
В эскадре Сенявина были 80-пушечные корабли «Рафаил» и «Уриил», 74-пушечные «Твердый», «Святая Елена», «Сильный», «Селафаил» и «Ярослав», 66-пушечные «Скорый», «Ретвизан» и «Мощный». На десяти кораблях было 728 пушек. Турки имели девять линейных кораблей, пять фрегатов, три корвета и два брига, которые несли 1138 пушек.
Завидев русскую эскадру, Сеид-Али начал выстраивать линию баталии на правый галс. Сенявин же, не теряя ни минуты, на всех парусах несся на неприятеля двумя группами. В наветренной группе шли корабли, которые, согласно приказу, должны были атаковать турецких флагманов. При сближении Сенявин распорядился подготовить шлюпки для отражения вражеских брандеров. Около семи часов, по сигналу флагмана «Спуститься на неприятеля!», наветренная группа повернула на противника, образуя три пары. Подветренная группа пошла на перехват неприятельского авангарда. В 7 часов 45 минут с «Твердого» подали условный сигнал: «Назначенным кораблям атаковать неприятельских флагманов вплотную!» Будучи под ветром, турки намного раньше открыли огонь, начав стрелять по оказавшимся впереди «Рафаилу» и «Сильному». Но русские пока молчали. Каждая их пушка была заряжена двумя ядрами. Первым залпом с дистанции картечного выстрела Сенявин намеревался подавить противника сразу.
Сблизившись почти вплотную со 120-пушечным «Мессудие», командир «Рафаила» капитан 1 ранга Дмитрий Александрович Лукин стал приводить корабль к ветру, ложась на параллельный неприятельскому флагману курс. Но из-за сильно поврежденных задних парусов корабль не послушался руля и увалился под ветер. Прорезав неприятельский строй между «Мессудие» и 90-пушечным «Седель-Бахри», командир «Рафаила» дал полный залп на оба борта. Его корабль на время заволокло дымом. Другие корабли, подойдя на пистолетный выстрел и повернув все вдруг, всеми бортами разрядились по трем неприятельским флагманам. Строй был настолько плотным, что бушприты задних мателотов лежали на корме передних кораблей. Головным оказался «Селафаил», затем шли «Уриил», «Сильный», «Мощный» и «Ярослав».