В 12.28 с турецкого флагманского фрегата «Ауни-Аллах» раздался первый выстрел: адмирал Осман-паша приказал своей эскадре открыть огонь по русским кораблям, быстро приближавшимся к центральной части Синопского рейда. Орудия неприятельских судов и береговых батарей обрушили свой огонь на русскую эскадру Это был один из ответственнейших моментов боя.
Флагманский корабль П.С. Нахимова «Императрица Мария», подойдя к турецкому адмиральскому фрегату «Ауни-Аллах» на расстояние 400 м, стал на шпринг. Вслед за флагманским кораблем и другие корабли русской эскадры стали на шпринг в местах, намеченных планом П.С. Нахимова. Фрегаты «Кагул» и «Кулевчи» заняли свои места у входа в бухту для наблюдения за пароходами противника.
84-пушечный линейный корабль «Императрица Мария»
Став на шпринг, «Императрица Мария» сосредоточила огонь по неприятельскому фрегату «Ауни-Аллах». Адмирал Нахимов решил прежде всего вывести из строя турецкого флагмана. Метким огнем артиллеристов «Императрицы Марии» «Ауни-Аллах» был выведен из строя, турки обрубили якорные канаты, и фрегат, пользуясь попутным юго-восточным ветром, выбросился на берег. Затем флагманский корабль Нахимова перенес свой огонь на фрегат «Фазли-Аллах», который загорелся и, объятый пламенем, также выбросился на берег. После этого «Императрица Мария», завезя верп, развернулась, чтобы открыть огонь по батарее № 5.
Артиллерийский огонь линейного корабля «Вел. Кн. Константин» в начале боя был направлен против турецкого фрегата «Навек-Бахри». Поддержанный огнем «Чесмы», «Вел. кн. Константин» через 20 минут после открытия огня уничтожил турецкий фрегат. После этого «Вел. Кн. Константин» перенес огонь на фрегат «Несими-Зефер» и корвет «Неджеми-Фешан». В 13.00 у фрегата перебило якорную цепь и его отнесло на остатки мола. Вскоре корвет был также снесен к батарее № 5.
Линейный корабль «Чесма» занял позицию против батареи № 4 и открыл огонь по фрегату «Навек-Бахри» и батареям №№ 3 и 4. В результате меткой и непрерывной стрельбы комендоров «Чесмы» на месте береговых батарей к исходу сражения остались груды земли и железа.
Корабли второй колонны нахимовской эскадры противостояли правому флангу боевой линии турок. Линейный корабль «Париж», которым командовал капитан 1-го ранга В.И. Истомин, открыл ураганный огонь по батарее № 5, корвету «Гюли-Сефид» и фрегату «Дамиад». Через полчаса после начала боя взорвался корвет «Гюли-Сефид», стоявший рядом с фрегатом Осман-паши и оказывавший ему огневую поддержку против «Императрицы Марии». Уничтожив этот корвет, Истомин оказал непосредственную поддержку своему флагманскому кораблю.
Покончив с неприятельским корветом, «Париж» усилил огонь по фрегату «Дамиад» и береговой батарее № 5. Вскоре фрегат «Дамиад», не выдержав меткой прицельной стрельбы русских комендоров, обрубил якорный канат и вышел из боевой линии турецкой эскадры. Тогда «Париж» направил свой огонь против фрегата «Низамие». К 14 часам на нем были сбиты фок- и бизань-мачты и фрегат также выбросился на берег, где загорелся.
120-пушечный линейный корабль «Вел. Кн. Константин»
Линейный корабль «Три Святителя» в начале боя вел обстрел турецких фрегатов «Каиди-Зефер» и «Низамие», которые при поддержке батареи № 6 вели очень интенсивный ответный огонь. Одним из вражеских снарядов на «Трех Святителях» перебило шпринг, и корабль стал разворачиваться по ветру кормой к неприятелю, попав тем самым в тяжелое положение. Под жестоким неприятельским огнем мичман П. Варницкий с матросами завез новый верп. Русский корабль развернулся левым бортом против неприятеля и с новой силой обрушил на него огонь своих орудий. Вскоре 54-пушечный турецкий фрегат «Каиди-Зефер» вышел из боевой линии и выбросился на берег.
Первые выстрелы линейного корабля «Ростислав» были направлены против корвета «Фейзи-Меабуд» и береговой батареи № 6. Когда командир «Ростислава» капитан 1-го ранга А.Д. Кузнецов заметил, что корабль «Три Святителя» попал в критическое положение, он сосредоточил огонь своего корабля на береговой батарее. Как отмечено в вахтенном журнале «Ростислава»: «…срыли не только батарею, но и изрыли весь мыс, на котором она была построена». Благодаря своевременной поддержке «Ростислава» команда «Трех Святителей» смогла завести новый шпринг.