Англичане оказались в крайне опасном положении, потому что им противостояли 152-мм орудия итальянских крейсеров, тогда как «Каир» имел всего 8 — 102-мм. С другой стороны, большое количество кораблей, которое имели англичане, было серьезным фактором в их пользу, учитывая прочие обстоятельства. Как только итальянские корабли открыли огонь, английские торговые суда, тральщики и катера повернули в сторону побережья Туниса под прикрытием 4 эсминцев флотилии «Блэнкни». «Каир» и 5 эсминцев флотилии «Бедуина» расположились между итальянцами и отходящим конвоем, двигаясь параллельным курсом на юг. Чтобы парировать этот маневр, адмирал Да Зара отделил «Вивальди» и «Малочелло» и послал их атаковать торговые суда. Английский рапорт говорит, что прежде чем суда конвоя скрылись в дымзавесе, немедленно поставленной эсминцами, они попали под очень точный огонь итальянцев. Но на этом рапорт обрывается. Итальянский рапорт говорит, что по крайней мере одно судно несомненно получило много попаданий, потеряло ход и остановилось, сильно дымя. «Вивальди» и «Малочелло» энергично выполнили свою атаку, хотя эсминцы флотилии «Блэнкни» быстро пошли в контратаку. Последовал долгий бой, совершенно независимый от главного столкновения. В ходе этого боя 2 итальянских эсминца добились нескольких попаданий в корабли противника. Однако в 6.20 «Вивальди» получил попадание в котельное отделение, потерял ход и загорелся. Это был критический момент, так как 4 вражеских эсминца быстро приближались, ведя жаркий огонь. «Вивальди» стоял на месте, продолжая отстреливаться. «Малочелло» маневрировал вокруг поврежденного товарища, полный решимости заставить врага заплатить как можно дороже. Но ближе к 7.00 англичане неожиданно развернулись и ушли, хотя ситуация для них была исключительно благоприятной. Как позднее стало известно, британские эсминцы получили приказ срочно идти на помощь группе «Каира». Используя преимущество неожиданной передышки, «Вивальди» сумел отремонтировать одну турбину и медленно пошел к Пантеллерии в сопровождении «Малочелло».
В это время шел яростный бой между главными силами. Эсминцы группы «Бедуина» провели торпедную атаку, отважно подойдя на расстояние 4000 метров. Однако итальянские крейсера точным и сильным огнем вынудили противника повернуть назад под прикрытие дымзавесы и добились нескольких попаданий, имевших серьезные последствия. Английский рапорт говорит, что на лидере флотилии — «Бедуине» — надстройка была разнесена на куски, а сам корабль потерял ход, и на нем начался сильный пожар. То же самое случилось с «Партриджем». «Каир» получил несколько попаданий, но ни одно не причинило серьезных повреждений. В это же время «Эугенио» тоже получил попадание, однако последствия ограничились осколочными царапинами.
Бой продолжался с прежней яростью. «Каир», видя, что ситуация продолжает ухудшаться, отозвал на поддержку 4 эсминца флотилии «Блэнкни». Тем временем 7-я дивизия вышла в голову противнику, чтобы обойти его с юга. Но в 6.45 группа «Каира» начала отход на северо-запад под прикрытием дымзавесы. Из-за сильного дыма итальянцы не сразу заметили этот маневр. В результате 7-я дивизия только в 7.30 начала преследование после некоторого замешательства. Расстояние между противниками значительно выросло, стрельба стала спорадической, так как англичане были почти не видны за своей дымзавесой. Так закончилась первая фаза боя.
Тем временем, в 6.59 пришло известие об опасном положении «Вивальди» и «Малочелло». Адмирал Да Зара, не колеблясь, отправил 3 своих оставшихся эсминца на помощь. Поэтому ему пришлось далее вести бой только с крейсерами «Эугенио» и «Монтекукколи». Энергичная атака британских эсминцев поставила бы его сейчас в трудное положение, но тактика англичан во второй фазе боя была строго оборонительной и имела целью выигрыш времени. Ожидая вмешательства самолетов с Мальты, которые вынудили бы итальянские корабли прекратить бой, группа «Каира» ограничилась кружением вокруг собственной дымзавесы, следя за итальянскими крейсерами с помощью радара и удерживаясь на максимально возможном расстоянии. Итальянцы, в свою очередь, также двигались по краю дымзавесы, не собираясь приближаться к Мальте и открывая огонь по каждой замеченной цели.
Во время этой фазы, в 7.17 итальянский залп попал в корабль, который они опознали как крейсер типа «Саутгемптон». Эсминец немедленно прикрыл его дымзавесой, но несколько мгновений спустя с итальянских кораблей увидели сильный взрыв позади дымзавесы. 2 итальянских разведывательных самолета, которые в этот момент находились над вражеской эскадрой, сообщили, что видели, как взорвался и затонул крейсер типа «Саутгемптон». При данных обстоятельствах, конечно, нельзя считать опознание корабля безупречным. Тем не менее, крайне трудно согласовать показания столь многих свидетелей об этом эпизоде с тем фактом, что английский рапорт полностью умалчивает о нем. В 7.40 в машинное отделение «Каира» попал снаряд, который хотя не взорвался. Однако этот отсек все равно был затоплен. Английский рапорт так говорит об этом происшествии: «Если бы снаряд взорвался, то, вероятнее всего, корабль вышел бы из строя». Во время этой фазы боя «Монтекукколи» тоже получил попадание, но дело ограничилось незначительными осколочными повреждениями.
Тем временем, итало-германская авиация начала атаки судов конвоя, двигавшихся врассыпную к берегу Туниса и оставшихся без эскорта. Поэтому самолеты Оси смогли атаковать суда без помех, и в 7.10 бомбардировщики потопили «Чант» и повредили танкер «Кентукки». Однако адмирал Да Зара не получил сообщений о месте конвоя и его состоянии ни от бомбардировщиков, ни от итальянских разведывательных самолетов. Последние к этому времени были полностью уничтожены истребителями с Мальты. После 8.00, когда неприятель окончательно исчез за дымзавесой, командир эскадры обнаружил, что не имеет абсолютно никакой информации, позволяющей продолжать бой. Некоторые признаки дали основание заподозрить, что англичане все еще пытаются прорваться на Мальту, пройдя дальше к северу — южнее Пантеллерии, между островом и минным полем, находившимся к востоку от района боя. Поэтому в 8.14 адмирал Да Зара взял курс на эту брешь, обходя с востока длинное минное поле. Так началась третья фаза боя.
Сегодня мы знаем, что группа «Каира», обеспокоенная воздушными атаками беззащитных судов конвоя, пошла к тунисскому берегу, чтобы перегруппироваться. В 9.00, узнав, что проход к югу от минного поля больше не прикрывается итальянскими крейсерами, англичане снова пошли на Мальту первоначальным курсом. Однако теперь скорость конвоя снижал «Кентукки», который приходилось буксировать. «Партридж», погасивший свои пожары, взял на буксир «Бедуин», потерявший надстройки. В 10.20 тральщик взял на буксир поврежденный во время новой воздушной атаки «Бэрдван». Поэтому британский командующий решил поспешить на Мальту с 2 уцелевшими торговыми судами, оставив поврежденные позади под прикрытием эсминца и 2 тральщиков.
В это время «Эугенио» и «Монтекукколи» были атакованы торпедоносцами, но уклонились от всех торпед. Пожары на «Вивальди» постепенно удалось взять под контроль, поэтому «Аскари» и «Ориани» смогли присоединиться к крейсерам. Уцелевшая машина «Вивальди» снова отказала, и «Премуда» взял его на буксир. Эсминец был в крайне опасном положении, так как начались атаки бомбардировщиков и торпедоносцев с Мальты, однако новых повреждений он не получил и благополучно добрался до порта под прикрытием «Малочелло».
К 11.00 7-я дивизия прибыла к упомянутому проходу южнее Пантеллерии. Не обнаружив там британских судов, итальянцы пошли на юго-запад. Примерно через час они заметили на горизонте дым 3 горящих судов — возможно, «Бэрдвана», «Кентукки» и «Чанта». Прибыв на место, итальянцы увидели плавающие обломки, поврежденные суда и их прикрытие. Адмирал Да Зара не имел никакой информации от своих самолетов и не знал, уничтожили они остальные суда, или, что было менее вероятно, те отошли за мыс Бон по направлению к Гибралтару. Поэтому он решил потопить те корабли, которые обнаружил. Сегодня мы знаем, что британский конвой находился за горизонтом на юго-востоке. Похоже, что капитан 1 ранга Харди, узнав о появлении итальянских крейсеров, приказал кораблям прикрытия, остававшимся с поврежденными судами, на полной скорости идти к Мальте, а сам отправил «Каир» и 3 эсминца навстречу.
