Тем временем пламя охватило «Фазли-Аллах». Так исполнился приказ российского царя: «Предать фрегат "Рафаил" огню как недостойный носить русские флаги».
Не выдержав огня пушек с «Парижа», на берег выбросился «Низамие», где был сожжен сошедшей на берег командой. Итак, в первые 30 минут сражения были уничтожены суда первой линии (4 фрегата и 1 корвет). Затем корабли «Императрица Мария» и «Париж» сосредоточили огонь по батарее № 5 и очень скоро ее подавили. С кораблей «Великий князь Константин» и «Чесма» открыли огонь по фрегатам «Навек-Бахри» и «Насим-Зефер», а затем по корвету «Неджми-Фешан». Через 20 минут взорвался «Навек-Бахри». Горящие обломки накрыли батарею № 4, с которой больше не стреляли. В 13 часов ядром, выпущенным с корабля «Великий князь Константин», перебило якорь-цепь фрегата «Насим-Зефер», который понесло к батарее № 5. Моряки «Чесмы» в несколько минут подавили батареи № 3 и 4. Корабли «Три святителя» и «Ростислав» уничтожили фрегат «Каиди-Зефер» и корвет «Фейзи-Меабуд», а затем подавили батарею № 6.
Стоявшие в порту турецкие пароходы «Таиф» и «Эрекли» в бой не вступали. В разгар сражения «Таиф», пройдя под командованием англичанина Слэда вдоль берега под прикрытием батарей, взял курс на Босфор. За ним погнались фрегаты «Кагул» и «Ку-левчи», но имевшему большую скорость и не зависевшему ни от направления, ни от силы ветра «Таифу» удалось оторваться от преследователей. В 13 часов 30 минут на Си-нопский рейд прибыл на пароходофрегате «Одесса» начальник штаба Черноморского флота вице-адмирал В. А. Корнилов.
К 16 часам сражение по существу завершилось полным разгромом турецкой эскадры. Турки потеряли убитыми около 4000 человек. Только «Таифу» удалось уйти. В плен был взят вице-адмирал Осман-паша.
В тот же день князь А. С. Меншиков послал донесение императору Николаю I: «Повеление Вашего Императорского Величества исполнено Черноморским флотом самым блистательным образом. Первая турецкая эскадра, которая решилась выйти на бой, 18-го числа ноября истреблена вице-адмиралом Нахимовым. Командовавший оною турецкий адмирал Осман-паша, раненый, взят в плен и привезен в Севастополь.
Неприятель был на Синопском рейде, где, укрепленный береговыми батареями, принял сражение. При этом у него истреблено семь фрегатов, шлюп, два корвета, один пароход и несколько транспортов. За сим оставался один пароход, который спасся по превосходной быстроте своей».
Потери российской эскадры составляли 37 человек убитыми и 229 ранеными. Все корабли, кроме фрегатов, получили повреждения в корпусах и такелаже. Например, корабль «Императрица Мария» имел 60 пробоин в борту и 11 повреждений в рангоуте и такелаже.
В России ликовали по случаю Синопской победы. А как же отреагировали на это событие Турция, Англия и Франция? Трагическую весть 20 ноября доставил Абдул-Мед-жиду в Стамбул спасшийся пароходофрегат «Таиф». Узнав о катастрофе в Синопе, султан был взбешен. В отчаянье он хотел немедленно направить туда пять своих линейных кораблей, чтобы взять реванш за поражение. Одновременно Абдул-Меджид заявил послам Лондона и Парижа, что флоты их стран бездействуют и неизвестно для чего стоят в Босфоре — в день гибели эскадры Осман-паши Дандас и Гамелен тешили жителей османской столицы показательным морским сражением.
Султан желал отомстить русским за уничтожение своей эскадры, однако английский посол Стретфорд-Редкниф убедил его отказаться от посылки в Синоп своих линейных кораблей, потому что отгремевшее сражение уже стало козырной картой в большой европейской политике.