В эскадре Сенявина были 80-пушечные корабли «Рафаил» и «Уриил», 74-пушечные «Твердый», «Святая Елена», «Сильный», «Селафаил» и «Ярослав», 66-пушечные «Скорый», «Ретвизан» и «Мощный». На десяти кораблях было 728 пушек. Турки имели девять линейных кораблей, пять фрегатов, три корвета и два брига, которые несли 1138 пушек.
Завидев русскую эскадру, Сеид-Али начал выстраивать линию баталии на правый галс. Сенявин же, не теряя ни минуты, на всех парусах несся на неприятеля двумя группами. В наветренной группе шли корабли, которые, согласно приказу, должны были атаковать турецких флагманов. При сближении Сенявин распорядился подготовить шлюпки для отражения вражеских брандеров. Около семи часов, по сигналу флагмана «Спуститься на неприятеля!», наветренная группа повернула на противника, образуя три пары. Подветренная группа пошла на перехват неприятельского авангарда. В 7 часов 45 минут с «Твердого» подали условный сигнал: «Назначенным кораблям атаковать неприятельских флагманов вплотную!» Будучи под ветром, турки намного раньше открыли огонь, начав стрелять по оказавшимся впереди «Рафаилу» и «Сильному». Но русские пока молчали. Каждая их пушка была заряжена двумя ядрами. Первым залпом с дистанции картечного выстрела Сенявин намеревался подавить противника сразу.
Сблизившись почти вплотную со 120-пушечным «Мессудие», командир «Рафаила» капитан 1 ранга Дмитрий Александрович Лукин стал приводить корабль к ветру, ложась на параллельный неприятельскому флагману курс. Но из-за сильно поврежденных задних парусов корабль не послушался руля и увалился под ветер. Прорезав неприятельский строй между «Мессудие» и 90-пушечным «Седель-Бахри», командир «Рафаила» дал полный залп на оба борта. Его корабль на время заволокло дымом. Другие корабли, подойдя на пистолетный выстрел и повернув все вдруг, всеми бортами разрядились по трем неприятельским флагманам. Строй был настолько плотным, что бушприты задних мателотов лежали на корме передних кораблей. Головным оказался «Селафаил», затем шли «Уриил», «Сильный», «Мощный» и «Ярослав».
Между тем «Твердый», «Скорый», «Ретвизан» и «Святая Елена» напали на неприятельский авангард. Приказав контр-адмиралу Грейгу сражаться с концевыми кораблями авангарда, Сенявин на «Твердом» вместе со «Скорым» атаковал головной корабль противника. Сенявину удалось зайти с носа и почти в упор дать по неприятелю продольный залп пушками левого борта. Неприятельский корабль лег в дрейф и этим маневром нарушил всю линию баталии. Командир «Скорого» капитан 1 ранга Роман Петрович Шельтинг тоже почти вплотную сблизился с этим кораблем и разрядил в него весь левый борт. Не выдержав огня с «Твердого» и «Скорого», головной турецкий корабль вышел из линии баталии. Два других корабля последовали его примеру. Четвертым в строю шел флагманский корабль Бекир-бея «Седель-Бахри». «Селафаил» и «Уриил» расстреляли его в упор.
Ситуация складывалась так, что головной турецкий корабль мог выйти прямо под корму изрядно избитого «Рафаила». Эту опасность заметил Сенявин. Поставив «Твердый» прямо по курсу неприятельского корабля, он дал продольный залп из всех орудий левого борта, сбив оставшиеся паруса. Турецкий корабль окончательно вышел из строя и больше в сражении не участвовал. Затем Сенявин такой же маневр выполнил и в отношении сильно поврежденного флагманского «Седель-Бахри». Но на этот раз он разрядил правый борт. На палубу «Седель-Бахри» полетели сбитые реи.
Сенявин умело руководил сражением. В двух шагах от адмирала упал сигнальщик с подзорной трубой, картечью ему оторвало руку. Рядом упало ядро и почти пополам разорвало раненого сигнальщика и убило еще двух матросов. Адмирал остался невредимым и продолжал отдавать в рупор приказания и своим примером бесстрашия вдохновлять своих подчиненных. «Скорый» завязал отчаянный бой с вышедшими из строя кораблями авангарда, на помощь которым подошел еще и фрегат. Оказавшись в окружении, Шельтинг буквально осыпал неприятеля картечью. Турки на время даже оставили верхнюю палубу, а один из турецких кораблей снесло на «Скорый», так что его утлегарь лег на гакаборт русского корабля. Турки хотели пойти на абордаж, но со «Скорого» дали несколько залпов картечью, и противник отступил. На «Скором» тяжело был ранен и вскоре умер лейтенант Кубарский. Его сменил лейтенант Денисьевский, который почти сразу же получил ранение. На всех кораблях были убитые и раненые, но никто не покинул боевой пост. Раненые сражались до изнеможения, пока их на носилках не уносили в лазарет.
За Афонское сражение командир «Скорого» Роман Петрович Шельтин получил орден Святого Владимира 3-й степени. Это был заслуженный офицер: сам император наградил его двумя бриллиантовыми перстнями, а за
18 морских кампаний — орденом Святого Георгия 4-й степени. Его мундир украшали также ордена Святой Анны 1-й степени и Святого Владимира 2-й степени. В последние годы своей службы Шельтинг был капитаном Архангельского порта, военным губернатором и командиром Свеаборгского порта. В отставку он вышел в чине генерал-лейтенанта.
Командование совершенно не участвовавших в сражении кораблей турецкого арьергарда решило наконец оказать помощь своему флагману. Но Сенявин привел корабль к ветру и пошел на пересечение курса неприятельского арьергарда, состоявшего из двух кораблей и двух фрегатов. Маневр получился: корабли удалось отсечь.
В сложной ситуации оказался «Ярослав»: с поврежденными парусами он отстал и поравнялся с турецким арьергардом. Был момент, когда «Ярослав» сражался сразу с пятью кораблями и двумя фрегатами.
К одиннадцати часам, не выдержав огня, турки стали отступать к Афонской горе. На «Твердом» подняли сигнал «Спуститься на неприятеля», что означало сблизиться еще плотнее. Но уже в час пополудни по эскадре передали сигнал «Прекратить сражение!». На концевых кораблях этот сигнал был разобран лишь через 30 минут. В это время ветер окончательно стих, и обе эскадры в беспорядке лежали в дрейфе близ Афонской горы. На кораблях приступили к устранению повреждений. В середине дня подул слабый западный ветерок, при котором турки оказались в наветренном положении, чем и воспользовались. Их корабли постепенно стали удаляться от находившейся под ветром русской эскадры. Только сильно поврежденный «Седель-Бахри» и буксировавшие его суда стали заметно отставать. Около шести часов вечера, когда ветер заметно усилился, Сенявин послал вдогонку «Уриил» и «Селафаил». Ночью противника настигли. «Седель-Бахри» спустил флаг, а его охранение, состоявшее из корабля «Нюма-Башарет», фрегата «Нессим-Фету» и шлюпа «Метелин», бежало. Все пушки на захваченном корабле были медными: на нижнем деке — 42-, на среднем — 22-, а на верхнем — 12-фунтовые. «Седель-Бахри» (что в переводе на русский язык означает «Оплот моря») был относительно новым и достаточно крепким кораблем. В качестве трофеев были захвачены 500 сабель, 300 ружей и около 600 пудов пороху. На турецком корабле 230 человек были убиты, 160 ранены, а 774 попали в плен. Все пленные были распределены на суда русской эскадры. Среди турецкой команды оказались одиннадцать моряков с корвета «Флора» и шесть англичан.
Очевидцы рассказывали, что когда лейтенант Василий Титов прибыл на «Седель-Бахри» для доставки на «Селафаил» Бекир-бея и его флага, турецкий флагман заявил, что он готов отдать свой флаг только самому Сенявину. Как ни уговаривал Титов турка, тот стоял на своем. В конце концов турецкий флагман, не удержавшись, спросил у лейтенанта: «За что русские так на него рассердились, что все корабли его били?» — «За то, — ответил ему Титов, — что ваше превосходительство храбрее и лучше других дрались». Этот ответ так понравился турку, что он согласился на предложенные условия, заявив: «Судьбе угодно было отдать меня в руки ваши, но я надеюсь, что победитель мой засвидетельствует, что я защищал флаг свой до последней крайности». Сенявин принял от Бекир-бея флаг, вернул ему саблю и даже поместил в своей каюте. Впоследствии русский и турецкий адмиралы расстались друзьями.
Бежавшие «Нюма-Башарет», «Нессим-Фету» и «Метелин» оказались отрезанными от Дарданелл отрядом Грейга, посажены на камни, а после высадки команд на берег — сожжены турками. Затем они сожгли еще корабль и фрегат. Всего же в этом сражении турки потеряли три корабля, два фрегата и шлюп. В Афонском сражении эскадра Сенявина не потеряла ни одного корабля. К концу месяца все повреждения были устранены.
