Тем временем «Селафаил», а затем и «Твердый» обстреливали корабль капудан-паши. Однако они так приблизились к неприятельским береговым батареям, что были вынуждены отвернуть, и турецкий флагман успел уйти в пролив, как и большинство других судов, некоторые из которых были так повреждены, что приткнулись к берегу у мели при азиатском береге.
Бой длился около двух часов, до темноты. Турецкие береговые батареи обстреливали перемешавшиеся корабли, поражая и своих. Эскадра так приблизилась к побережью, что попала даже под ружейный огонь. После 2.00 русские корабли, зашедшие в пролив, вынесло ветром, и они стали на якорь. С рассветом 3 турецких корабля были на мели у азиатского берега, а 3 — под парусами в проливе. Сенявин приказал Грейгу атаковать их с 4 кораблями и фрегатом. Контр-адмирал постарался сблизиться с неприятелем, но турки уходили в пролив; два их корабля встали на мель. В донесении Грейг писал, что неприятель был бы истреблен, «естьли бы местоположение и близость неприятельских укреплений к сему не воспрепятствовали». Сенявин, видя невозможность из-за малых глубин приблизиться к неприятельским судам, приказал Грейгу идти на соединение с эскадрой.
Дарданелльское сражение и русские, и их противники считали поражением турок. Часть кораблей была выведена из строя, большие потери понесли экипажи. С русской стороны было убито 26 и ранено 50 матросов. Наибольшие повреждения русские корабли получили от береговой артиллерии. Но все они были отремонтированы за один-два дня, тогда как туркам потребовался месяц.
Через пять дней после сражения Сенявин вновь отправил Грейга с отрядом, чтобы атаковать турецкий корабль, замеченный в расстоянии пушечного выстрела от береговых батарей. Вице-адмирал рекомендовал при возможности применять абордаж и экономить боеприпасы, ибо расход их в сражении оказался велик.
Из-за блокады в Константинополе недоставало провизии. 17 мая султана Селима свергли с престола. Но война не прекратилась. Порта отказалась принять мирные предложения России. 1 июня Сенявин отправил Грейга с пятью кораблями к острову Лемнос, чтобы разделением своих сил поощрить турок выйти из пролива. 2 июня русский отряд прибыл в порт Святого Антония. Контр-адмирал предложил местному аге сдать крепость. После отказа он 3 июня высадил на остров 812 матросов с 28 офицерами. Через шесть часов отряд подошел к крепости. Командовавший десантом капитан 1-го ранга Лукин решительными действиями загнал турок в крепость. 4 июня шла уже подготовка к штурму, когда поступил приказ Сенявина вернуться к Тенедосу: турки оказывали признаки выхода из Дарданелл. 5 июня десант вернулся на корабли, а 6 июня эскадра прибыла к Тенедосу. За время экспедиции моряки потеряли 20 человек. Турки лишились 150; у острова были взяты 7 судов с грузами. Скорее всего, нападение на Лемнос произвели, чтобы подразнить противника и заставить его выйти в море.
Утром 10 июня из пролива вышли и стали на якорь восемь кораблей, пять фрегатов, два корвета, два брига; за три дня к ним присоединились еще два корабля, фрегат и шлюп. Капудан-паше было приказано во что бы то ни стало деблокировать пролив и взять Тенедос. Зная от патрульных судов о передвижениях турок, Сенявин с эскадрой направился к Имбросу, чтобы обогнуть остров, выиграть ветер и отрезать противника от Дарданелл и береговых батарей при устье пролива. Замысел его удался. Капудан-паша Сеид-Али 15 июня узнал, что у Тенедоса остались только легкие российские суда, и направился к острову. 16 июня турки высадили пятитысячный отряд; гарнизон острова, составлявший всего 600 человек, решительно оборонялся в ожидании подкреплений и дважды отбивал штурмы.
Из-за неблагоприятных ветров эскадра Сенявина лишь 17 июня обогнула Имброс и обнаружила, что турецкий флот расположился в проливе между Тенедосом и Анатолийским берегом, обеспечивая переброску войск на остров. Когда русские корабли начали приближаться, турки снялись с якоря и начали уходить. Сенявин подошел к Тенедосу. Пока легкие суда истребляли неприятельские десантные и транспортные суда, с кораблей Сенявина переправили на берег припасы, необходимые гарнизону крепости. Оставив для защиты острова «Венус», «Шпицберген» и 2 корсарских судна, вице-адмирал с 10 кораблями 18 июня отправился за неприятельским флотом. Однако в течение дня не удалось обнаружить неприятеля.
Русские моряки высказывали разные мнения, куда направились турки. Сенявин совершенно верно сделал вывод, что капудан-паша, обойдя Тенедос с юга и сделав большую дугу, чтобы избежать боя, постарается достигнуть Дарданелл, и он направился к Лемносу. Утром 19 июня у южной оконечности острова была обнаружена турецкая эскадра. Сеид-Али располагал 10 кораблями (один из которых стоял у острова Тасос), 6 фрегатами и несколькими легкими судами с примерно 1200 пушками против 754 орудий 10 русских кораблей. Основной проблемой для русских был недостаток снарядов, и Сенявин был вынужден приказать вести бой на короткой дистанции. Тем не менее флагман предполагал дать неприятелю решительное сражение, чтобы побудить правительство султана к миру.
Замысел Сенявина был своеобразный. Чтобы вывести из строя флагманские корабли неприятеля, он выделил против каждого по два линейных корабля. Остальные силы под командованием Грейга и самого вице-адмирала составили подвижные отряды, которым предстояло «или усилить атакующих, или напасть на неприятельские корабли, где более видна будет в сем надобность». Сенявин вел «Твердый» и «Скорый». Отряд Грейга составили корабли «Ретвизан», «Елена», шлюп «Шпицберген» и корсарское судно. Таким образом, виден заметный отход от линейной тактики. Особенно важно, что тактику свою флотоводец довел до подчиненных заранее. В одном из приказов Сенявин предписывал, нагнав бегущий неприятельский корабль, стремиться помешать его бегству и сражаться с ним до победы. В соответствии с духом приказов Сенявина и действовал Грейг в Афонском сражении.
Капудан-паша традиционно выстроил линию, сосредоточив в центре все флагманские корабли; легкие суда составили вторую линию. Но Сенявин не изменил приказа, и после 5.15 три пары линейных кораблей самостоятельно спускались на турецкий центр. Отряды Сенявина и Грейга шли несколько впереди. В 7.00 вице-адмирал вызвал Грейга и поручил ему и командиру корабля «Скорый» следить за судами, находящимися вне строя, чтобы избежать атаки брандеров. Но основной задачей 4 кораблей подвижных отрядов Сенявин поставил атаку 3 кораблей турецкого авангарда. В 7.30 он приказал трем парам кораблей немедленно атаковать неприятельский центр.
Турки издали открыли огонь по атакующим. Русские корабли, экономя боеприпасы, начали пальбу только с ближайшей дистанции. Пока в центре продолжалась яростная баталия, Сенявин с «Твердым» и «Скорым», за которыми следовал отряд Грейга, около 8.30 обогнал турецкий авангард, заставил выйти из линии головной фрегат и встал на пути головного линейного корабля, которому пришлось лечь в дрейф, задержав движение всей линии. Пока Сенявин на «Твердом» крушил головной корабль, 3 других русских корабля вели бой с остальными. Третий в линии турецкий капитан-командорский корабль выходил из боя, но после 10.00 вновь схватился с «Ретвизаном».
К этому времени турецкая линия была расстроена, поврежденные флагманские корабли отходили к мысу Афон. Русские корабли также получили значительные повреждения, но продолжали баталию. Когда турецкий арьергард попытался поддержать центр, Сенявин на «Твердом» задержал неприятеля.
В 11.45 Сенявин поднял сигнал «Всем кораблям придержаться к ветру», чтобы дать возможность отремонтировать повреждения рангоута и такелажа. Сначала ремонт, а с 14.00 маловетрие прервали бой. Когда после 17.30 посвежел ветер, турки уходили на север. Поврежденные «Сед-эль-Бахри» и «Бешарет» в сопровождении двух фрегатов отстали.
В 17.45 вице-адмирал приказал отрезать отставшие корабли. «Селафаил» и «Уриил» приблизились к «Сед-эль-Бахри», который сдался без боя. Остальные корабль и фрегаты были обнаружены утром 20 июня. В погоню за ними отправили Грейга с тремя кораблями. Турки, видя безвыходность положения, свезли на берег экипажи посаженных на мель судов и взорвали суда. Когда 21 июля присоединился Грейг, Сенявин поторопился к Тенедосу. Эскадра прибыла 24 июня вовремя, когда силы защитников иссякали. 25 июня русские корабли окружили остров. Сенявин предложил туркам эвакуироваться. На следующий день перевозка войск через пролив завершилась.
