Подготовка эскадры еще не завершилась, как началась русско-турецкая война 1787–1791 годов. Командование Севастопольской эскадрой поручили контр-адмиралу М. И. Войновичу. По настоянию Потемкина тому пришлось 31 августа 1787 года вывести эскадру в море. Авангардом из корабля «Святой Павел» и двух фрегатов командовал Ушаков. Первое плавание прошло неудачно. 8 сентября у мыса Калиакрия эскадра попала в шторм, досталось и «Святому Павлу»: были сломаны две мачты, порваны паруса и такелаж. Несколько дней бури гнали корабль к берегам Абхазии; с трудом удалось его привести в порядок. Лишь 21 сентября «Святой Павел» вернулся в Севастополь.

Осень 1787-го и следующий год в две смены ремонтировали корабли. Весной 1788 года Войнович послал Ушакова в Лиманскую флотилию, Потемкин назначил его командующим флотилией. Но Н. С. Мордвинов, главный командир Черноморского флота и портов, отослал моряка обратно в Севастополь под предлогом необходимости ремонта кораблей. «Святой Павел» отремонтировали первым, пользуясь этим, капитан обучал молодых матросов.

Летом 1788 года стоявший у Очакова турецкий флот не позволял начать осаду крепости. Г. А. Потемкин приказал Севастопольской эскадре отвлечь неприятеля. 18 июня 1788 года эскадра контр-адмирала М. И. Войновича оставила Севастополь и, преодолевая неблагоприятные ветры, 29 июня достигла острова Тендра. Появление русских кораблей заставило капудан-пашу отвести турецкий флот от Очакова и позволило Г. А. Потемкину начать осаду крепости с суши, а К.-Г. Нассау-Зигену — истребить остатки гребной флотилии под ее стенами.

Несколько дней две эскадры лавировали в море, наблюдая друг за другом. Турецкий флот, получив подкрепление, насчитывал 17 линейных кораблей, 8 фрегатов, 3 бомбардирских и 21 мелкое судно; вес залпа линейных кораблей из 1100 пушек составлял 410 пудов. Русская эскадра из двух кораблей, 11 фрегатов и 18 более мелких судов могла дать залп из 550 орудий весом всего 160 пудов из-за большого числа малокалиберных пушек. Турецкие корабли, днища которых были обшиты медными листами, по скорости и маневренности превосходили русские. Чтобы победить при таких условиях, требовалось действовать решительно и неординарно. Войнович, после того как флот понес потери в шторм, чувствовал себя неуверенно и возлагал надежду на командующего авангардом Ф. Ф. Ушакова. Он предлагал командирам других судов следовать за передовыми, а капитану бригадирского ранга писал: «Если подойдет к тебе капудан-паша, сожги, батюшка, проклятого». Но Ушаков не собирался ждать, когда противник приблизится, и намеревался атаковать сам.

3 июля у острова Фидониси (Змеиный) турки решили принять бой. По обыкновению флагман капудан-паша Эски-Гасан объехал свои корабли, давая последние инструкции командирам. Ушаков из таких действий сделал вывод, что в турецком флоте достаточно вывести из строя флагманов, чтобы весь строй рассыпался.

После 13.00 турки из наветренного положения начали сближаться в строю трех кильватерных колонн. После перестроения две эскадры шли параллельными курсами, причем турки оставались на ветре. Эски-Гасан построил линию из одних линейных кораблей (6 в авангарде, 6 в кордебаталии и 5 в арьергарде); фрегаты и более мелкие суда составили вторую линию. Авангард под командованием самого капудан-паши атаковал русский авангард капитана бригадирского ранга Ф. Ф. Ушакова (корабль «Святой Павел» и 3 фрегата), тогда как остальные турецкие корабли связывали боем русские центр и арьергард. Чтобы отразить удар, Ушаков выслал вперед 2 фрегата и сам поторопился за ними под всеми парусами, чтобы выйти на ветер и охватить голову турок. Гасан также прибавил парусов, причем его линия растянулась. Ушаков открыл огонь, только когда флоты сблизились настолько, что можно было использовать пушки всех калибров, тогда как Гасан-паша, пользуясь преимуществом в артиллерии, старался держаться за пределами дальности стрельбы 12-фунтовых пушек русских фрегатов. Он попытался отрезать 2 передовых фрегата. Заметив, что фрегатам «Лука Евангелист» и «Иоанн Воинственник» грозит опасность, Ушаков прибавил парусов у корабля «Святой Павел» и обрушился на турецкий флагманский корабль, а затем устремился на помощь фрегатам. Флотоводец попытался отрезать 2 передовых неприятельских корабля, но те предпочли выйти из боя. Головной корабль капудан-паши оказался под огнем с одного борта 2 фрегатов и с другого — «Святого Павла». Флагманский корабль Ушакова крушил капудан-пашу и отбивался еще от 3 турецких кораблей. Под сосредоточенным огнем турецкий флагман в 16.55 оставил поле боя. Стрельба корабля и двух фрегатов нанесла неприятелю такие повреждения, что капудан-паша был вынужден отвести свой корабль за линию флота, чтобы погасить пламя. Корабль «Преображение Господне» серьезно повредил 2 корабля турецких вице- и контр-адмирала. Остальные корабли русской линии также вели бой с несколькими неприятельскими сразу. После трехчасового боя турецкий флот был вынужден прекратить сражение и уходить, пользуясь преимуществом в скорости. Турки потеряли шебеку, которую потопил «Святой Павел». Русские потеряли всего 5 убитых и 2 раненых матросов. Войнович хотел преследовать, но повреждения на трех фрегатах заставили отказаться от замысла.

Турки направились к востоку, и Войнович взял курс OSO, чтобы прикрыть подступы к Крыму. Перед полуночью 5 июля неприятельские корабли были обнаружены идущими к бухте Ак-Мечети. Войнович преградил им путь, после чего противник повернул к югу, а затем направился к берегам Румелии и 7 июля скрылся из виду. Тогда Войнович, оставив в море патрульные суда, с остальными вернулся в Севастополь для ремонта.

Несмотря на поражение, после ремонта капудан-паша, пользуясь отсутствием русского флота, 3 августа снова появился перед Очаковом. Для поддержки осажденных он высадил на Березань 400 человек, а от своей стоянки до острова расставил шебеки и бомбардирские суда. Чтобы отвлечь капудан-пашу от крепости, Потемкин предписал Войновичу выйти в море. Тот в конце августа ограничился двухдневным крейсерством у Севастополя и отправкой отряда Д. Н. Сенявина для нападений на турецкие берега и судоходство у берегов Анатолии. Сенявин вышел из Севастополя 16 сентября с пятью вооруженными судами и до 6 сентября действовал на коммуникациях турок, истребив или пленив несколько судов, за что получил орден Святого Георгия IV степени.

Вторично Войнович по настоянию князя вышел в ноябре и две недели лавировал у острова Тендра, но противника не встретил: капудан-паша ушел на зимовку еще 4 ноября. Оставшаяся без поддержки крепость пала после штурма 6 декабря.

Ушаков писал после сражения при Фидониси:

Капитан представил к награде наиболее отличившихся офицеров и нижних чинов. Но Войнович в донесении Потемкину не поддержал представления начальника авангарда и преуменьшил его роль в бою. Возмущенный несправедливостью, Ушаков обратился к Потемкину, доказывая, что реляция контр-адмирала не соответствует действительности, и просил увольнения от службы. Однако светлейший князь разобрался в обстоятельствах, по его представлению Ушакова наградили орденом Святого Владимира III степени.

Сражение при Фидониси явилось переломным в судьбе флотоводца. Победа продемонстрировала, что из командира корабля выработался уже способный флагман. Так как Войновича к концу 1788 года перевели в Херсон, капитан бригадирского ранга остался командующим Севастопольской эскадрой. Осенью и зимой он занимался подготовкой судов к следующей кампании. 14 апреля 1789 года Ф. Ф. Ушакова произвели в контр-адмиралы. К середине мая эскадра уже была готова к плаванию, оставалось только получить продовольствие. Однако над флагманом еще оставался Войнович, как главный начальник «над всеми частями правления и флота Черноморского». Это сказалось на действиях флота. Несмотря на побуждения Потемкина, Войнович избегал встреч с турецким флотом, крейсировавшим по Черному морю. В отличие от него Ушаков предложил план, предусматривающий уничтожение строящегося в Синопе корабля и судов с войсками в портах Анатолии. Однако Потемкин посчитал этот замысел слишком смелым.