此后，奥尔洛夫主持召开了会议，参加者有奥尔洛夫、斯皮里多夫、格雷格、埃尔芬斯通、多尔戈鲁科夫(Ю.В.Долгоруков，时任少将，战后获得三级圣乔治勋章)、汉尼拔(И.А.Ганнибал，时任海军炮兵准将，是俄国著名诗人普希金的堂祖父，战后获得三级圣乔治勋章)等指挥官。奥尔洛夫和斯皮里多夫决定利用夜晚海风吹向切什梅海湾之际，用火攻烧毁对方船只。
斯皮里多夫命令格雷格海军准将的7艘军舰在6月25日(7月6日)23时30分开始行动。从下午17时开始，攻击舰“霹雷”号就开始轰击对方海岸炮阵地。从凌晨0时30分开始，“欧罗巴”号、“罗斯季斯拉夫”号和“含羞草”号等先后进入切什梅海湾，同时“幸福希望”号和“阿非利加”号巡航舰以及攻击舰“霹雷”号分别攻打北面与南面的炮兵阵地。埃尔芬斯通海军少将和舰队的其余船只部署在港口外，封锁港口，防止土耳其舰船逃跑。前卫各舰在敌火力下冲入切什梅湾入口，抛锚停泊，向敌舰发射燃烧弹，烧毁数艘敌舰。
6月26日(7月7日)凌晨1时15分，4艘纵火船按照战列舰“罗斯季斯拉夫”号的信号出击开展火攻。攻坚舰“霹雷”号的一颗炮弹使土耳其1艘船只的主帆着火，顷刻之间，全船焚烧。2时，2艘土军船只爆炸，别的一些船也开始着火燃烧。于是格雷格派出4艘纵火船拖入战斗，由海军中尉杜格达尔担任指挥，海军中尉麦肯齐为副指挥。杜格达尔指挥的第1艘纵火船被2艘土耳其大桡战船截住后备击沉。麦肯齐指挥的第2艘则在入口处搁浅，海军准尉加加林(Гагарин)指挥的第3艘则和1艘已经着火的土耳其船只碰在一起(不过埃尔芬斯通的记载却是该船船长加加林拒绝执行命令，船被击沉)。伊林(Ильин)中尉指挥的第4艘纵火船击中土军1艘84门炮战列舰，使其起火燃烧，火势蔓延到其他敌舰。此时土耳其舰队完全丧失斗志。火从1艘船燃烧到另一艘船，每艘船火药库一着火随即爆炸。这种燃烧和爆炸持续了好几个小时。
6月27日(7月8日)上午8时土军分舰队全军覆没，15艘战列舰、6艘巡航舰和40余艘小船被烧毁，阵亡1-1.1万人，1艘战列舰和5艘大桡战船被俘获;而俄军舰船无一损失，仅阵亡11人。土耳其舰队被全部消灭，这是他们自1571年勒潘托海战以来海军遭受的最大一次败仗!斯皮里多夫在海战报告中写道：“。。。光荣属于全俄罗斯海军!从25到26日敌人的舰队被打垮了、粉碎了、砸烂了、烧毁了，化为灰烬，抛上天空，沉入大海了，而我们则雄踞在整个群岛上”。此战之后，土军被迫放弃了在希腊群岛对俄军发动进攻的企图，转为集中力量保卫达达尼尔海峡和濒海要塞。俄国舰队完全控制了希腊群岛。为了纪念这次海战，专门颁发了奖章，并在皇村(今普希金市)竖起了一座纪念碑(切什梅海战纪念柱)。
俄军辉煌胜利的消息肯快传到了圣彼得堡。女皇在给奥尔洛夫的信中写道“全欧洲都为您的功勋而惊讶，并满怀希望地注视着您。客观公正的一方为我们的成功感到高兴，并由衷地希望我们壮大和巩固。相反，那些嫉妒我们帝国权力、荣耀和地位，以及对我们怀恨在心的人，会对我们的仇恨愈加疯狂，因此他们的阴险伎俩将会愈演愈烈”。
