Рано утром 4 августа шведский отряд из гребных судов севернее Роченсальма все же попытался первым атаковать эскадру Нассау-Зигена, но был отброшен. Против 23 шведских судов Нассау-Зиген ввел в бой сразу 35 гребных судов, которые успели выпустить по неприятелю до двух тысяч ядер, и шведы, держась на большом расстоянии, отступили. Они, видимо, хотели заманить русских в устроенную ими ловушку. Но из этого ничего не получилось. Преследуя шведов, русские потеряли шесть человек убитыми и четырнадцать ранеными. Инициатива шведов не понравилась Нассау-Зигену. Он хотел первым развязать сражение и опасался, что шведы покинут рейд и лишат его славы победителя.
Прорваться же на Роченсальмский рейд без серьезных потерь было трудно. Северный, или, как его еще называли, Королевский пролив, как выяснилось позже, был перекрыт затопленными транспортными судами, а более широкий южный проход являлся сложным в навигационном отношении да еще и простреливался батареями с островов Муссала и Кутцала. Шведы знали об этих географических особенностях Роченсальмского рейда и решили их использовать. Они выстроили свой галерный флот в две линии прямо у входа на рейд с южного направления. Оба фланга упирались в острова, что исключало возможность обходного маневра. Атаковать противника в лоб могли лишь более сильные корабли Круза, однако вице-адмирал был против применения в этом малоизученном и мелководном районе крупных кораблей. Нассау-Зиген же придерживался другого мнения: именно эти корабли он и планировал первыми ввести в сражение.
Между адмиралами возник спор. В конце концов в первый день сражения Екатерина II вместо Круза назначила генерал-майора Ивана Петровича Балле.
С 1786 года Балле исполнял должность обер-интенданта. Поскольку он прекрасно разбирался в галерном деле, по просьбе Нассау-Зигена его взяли в поход «для разных по гребному флоту исправлений». Дослужился этот офицер до полного адмирала, сенатора, директора Училища корабельной архитектуры. В 1799 году он был награжден орденом Святого Александра Невского.
К ночи 13 августа все приготовления к сражению были в основном завершены. На рейде было тихо: разъезжали дозорные шлюпки, а командир авангарда капитан 1 ранга Андрей Иванович Денисов на своем катере делал промеры в шхерах и обозначал проходы навигационными вехами. Шведы же всю ночь трудились над заграждением Королевских ворот. За ночь в самом узком месте фарватера они затопили три транспортных судна.
План Нассау-Зигена заключался в том, чтобы эскадра Круза прорвалась через южный проход и, завязав сражение, оттянула бы на себя главные силы противника. Тем временем через Королевский проход на рейд должен был прорваться галерный флот Нассау-Зигена и всей мощью орудийного огня обрушиться на неприятеля с тыла. Принимая это решение, принц не знал, что путь на Роченсальмский рейд преградят затопленные суда.
Утром 13 августа эскадра Круза снялась с якоря и начала втягиваться на Роченсальмский рейд. Дул тихий южный ветер. Впереди шел пакетбот «Поспешный», с его борта для подстраховки лотовые вели промеры глубин. За ним следовали бомбардирские суда «Перун» и «Гром», которых буксировали гребные каики. Следом шли шебеки «Летучая», «Минерва» и «Быстрая». Построением руководил сам Денисов. Все эти суда составляли авангард эскадры Круза. На флагманском судне в положенное время не забыли поднять молебственный флаг, а в восемь часов утра дали сигнал: «Приготовиться к бою!». В начале одиннадцатого часа, когда эскадра находилась у входа в пролив, на фрегат «Симеон» прибыл Балле с предписанием принять должность от Круза. Смена произошла за каких-то четверть часа, и Круз сразу же отправился в Фридриксгам, а оттуда в Петербург.
За авангардом следовали остальные суда эскадры. Для шведов атака оказалась неожиданной, тем не менее эскадру Балле они встретили организованным и достаточно мощным огнем. По всей линии почти сразу же завязалось ожесточенное сражение. Шведский вице-адмирал Эренсверд вводил в сражение все новые и новые силы. Через два часа на русских судах все мачты и реи были сбиты, в бортах зияли пробоины, на исходе были боеприпасы. В шканечном журнале шебеки «Летучая» записано: «…неприятельский ядра перебили на шебеке нашей почти все бегучие снасти, перебили штаги, ванты, побили и переранили многих людей, ядра неприятельские летели сквозь оба борта». Получил серьезное ранение командир шебеки лейтенант Егор Рябинин, вскоре погиб командир фрегата «Симеон» капитан-лейтенант Григорий Грин, получили ранения капитан 1 ранга Винтер, командир шебеки «Быстрая» лейтенант Сарандинаки, командир бомбардирского корабля «Перун» капитан-лейтенат Сенявин. Вместо Сарандинаки в командование шебекой вступил прапорщик морского батальона Николай Ковако. За отличие его произвели в лейтенанты. Одно за другим выходили из строя орудия. Но не меньше досталось и шведам: их две канонерские лодки пошли ко дну.
О начале Роченсальмского сражения вице-адмирал Нассау-Зиген докладывал в Адмиралтейств-коллегию следующее: «В 3/4 10 часа я сделал сигнал для исполнения назначеннаго ордера марша атаки и сражения. Генерал-майор Балл ей повел атаку в 10 часов, я принужден был приказать буксировать трехмачтовыя суда, ибо ветер был оным противный, сие заставило меня заметить с безпокойством, что атака началась так скоро, и понудило двинуть вперед ранее, нежели бы я сделал. Левый фланг состоял из восьми галер кордебаталии, семи арьергардии, трех катеров, имеющих впереди гаубицы трехпудового калибра, и 20 канонирских лодок. Я приказал высадить бригадиру Буксгевдену 400 человек на острове Мусала с тремя единорогами 24-фунтоваго калибра, которые он поставил так, чтобы устремить огонь на эскадру неприятельскую; десять мортир, кои приказал поставить на плоты, были так же поставлены на мысу у острова Мусало. Катера, имеющие гаубицы, начали первыя производить огонь, за оными галеры; чем более оныя начали выходить из-за мыса острова, под прикрытием котораго находились, тем более чувствовал я, что сие скоропостижное действие будет великаго урона, но необходимо нужно отвратить неприятельский огонь, который весь устремлен был на эскадру Баллея. Трехмачтовыя суда подвигались весьма медленно, хотя и посланы были от меня для буксирования оных канонирския лодки; видя, что правый фланг не подвигался по причине той, что скоро разсмотрел сделанный мною сигнал идти в сражение, я послал туда генерал-майора Турчанинова понудить, чтобы скорее шли, с левой стороны огонь весьма усилился. Шесть канонирских лодок авангардии, которыя были по правой стороне, открыли свой огонь, двенадцать лодок кордебаталии пошли в первых между островами и противу многих проходов. Огонь на оном месте был силен, наконец, показались семь галер авангардии. Зажигательное ядро, брошенное неприятелем, взорвало галеру „Цивильск“, попав в крюйт-камеру, духом оной взорвало так же флагманскую галеру „Хитрую“ находящуюся подле ея».
Когда положение эскадры Балле стало действительно угрожающим, Нассау-Зиген решил наконец вступить в сражение. Однако передовой отряд графа Юлия Литта, подойдя к Королевским воротам, натолкнулся на затопленные транспорты. Русские суда рассыпались между многочисленными островками в поисках проходов на Роченсальмский рейд, но безуспешно. Тогда Литта принял, казалось бы, безумное решение — он приступил к расчистке прохода. Осыпаемые градом снарядов и картечи, солдаты и матросы с помощью топоров, ломов и гандшпугов расчищали путь галерам. Офицеры, матросы и гвардейские солдаты, стоя по пояс в воде более четырех часов, делали свое дело. Между тем отряд Балле вел сражение на последнем издыхании. Шведы наседали все более и более. Этот эпизод в шканечном журнале шебеки «Летучая» отражен так: «…в начале 1-го часа перебило и переранило у нас людей более прежняго, мачты все перебило, снасти все вообще перервало, реи повредило, паруса по реям изорвало и правый борт во многих местах изранило, а особливо по ватерлинии, три пушки приведены были отбитием осей и колес в несостояние к действию. В начале 2-го часа неприятельская пальба продолжалась с таковым же жаром, повреждала нимало во всех местах нашу шебеку, осыпая нас всюду ядрами, еще три пушки сделались недействительными; но однакож продолжали мы пальбу из четырех оставшихся пушек с неменьшим прежняго жаром».