К моменту битвы в составе русской эскадры было 6 линкоров и 2 фрегата, а в составе турецкой - 7 фрегатов, 3 корвета, 2 пароходофрегата, 2 брига, 2 транспорта. Русские имели 720 орудий, а турки - 510.
Артиллерийский бой начали турецкие корабли. Русские корабли сумели прорваться сквозь заградительный огонь противника, встали на якорь и открыли сокрушительный ответный огонь. Особенно эффективными оказались, впервые примененные русскими 76 бомбических пушек, стрелявших не ядрами, а разрывными снарядами. В результате боя, продолжавшегося 4 часа, весь турецкий флот и все батареи из 26 орудий были уничтожены. Турецкий пароход "Таиф" под командованием А. Слейда, английского советника Осман-паши, спасся бегством. Турки потеряли убитыми и утонувшими свыше 3 тыс. чел., около 200 чел. попали в плен. В русском плену оказался и сам главнокомандующий - Осман-паша. Его, брошенного своими матросами, спасли с горящего флагмана русские моряки. Когда Нахимов спросил у Осман-паши, есть ли у него просьбы, тот ответил: "Чтобы спасти меня, ваши матросы рисковали жизнью. Прошу их достойно наградить". Русские потеряли 37 чел. убитыми и 235 ранеными. Победой в Синопской бухте русский флот получил полное господство в Черном море и сорвал планы высадки десанта турок на Кавказе.
Разгром турецкого флота явился поводом к вступлению в конфликт Англии и Франции, которые ввели свои эскадры в Черное море и высадили десант вблизи болгарского города Варна. В марте 1854 года в Стамбуле был подписан наступательный военный договор Англии, Франции и Турции против России (в январе 1855 г. к коалиции присоединилось и Сардинское королевство). В апреле 1854 г. союзная эскадра бомбардировала Одессу, а в сентябре 1854 г. союзные войска всадились близ Евпатории. Была открыта героическая страница Крымской войны - оборона Севастополя.
