Действительно, в 4 часа 25 минут сигнальщики «Тумана» обнаружили на расстоянии 50–55 кабельтовых три эсминца противника. Строем уступа эсминцы направлялись к сторожевому кораблю, который шел зигзагами, придерживаясь генерального курса дозора.
Вначале «Туман», едва были замечены вражеские корабли, отвернул влево, увеличив ход, чтобы своевременно уйти под прикрытие береговых батарей. Наряду с этим маневром на сторожевом корабле была сыграна боевая тревога и послано сообщение на волне дозорных кораблей; однако донесение по флоту не было сделано.
Эсминцы также увеличили ход и, как только дистанция между ними и «Туманом» сократилась до 25 кабельтовых, открыли огонь по нему из шести орудий: из двух с каждого корабля.
Первый залп оказался перелетным; однако осколками разорвавшегося неподалеку снаряда на «Тумане» перебило антенны. Сторожевой корабль лишился радиосвязи, восстановить которую так и не удалось. Он успел только совершить поворот вправо и поставить дымовую завесу между собой и противником. Маневр был, к сожалению, бесполезным: дымовую завесу отнесло ветром в сторону, и «Туман» в момент поворота снова стал виден противнику.
Вражеские артиллеристы накрыли сторожевой корабль со второго залпа: снаряды попали в корпус. Третьим залпом была повреждена корма, вызван пожар, перебит штуртрос и выведено из строя рулевое управление. Ход «Тумана» заметно уменьшился. Один за другим залпы накрывали подбитый корабль; он уже имел попадания в мостик, рулевую рубку и полубак. Очередным снарядом снесло дымовую трубу. Несколько человек из экипажа были убиты, в том числе командир, управляющий постановкой дымовой завесы, и командир корабля старший лейтенант Л. А. Шестаков.
Несмотря на значительные повреждения и пожар, охвативший надстройки, сторожевой корабль не прекращал ответного орудийного огня по вражеским эсминцам из своих двух 45-миллиметровых пушек. Личный состав «Тумана» держался героически: вел одновременно неравный артиллерийский бой и все осложнявшуюся борьбу за живучесть корабля — с пожаром и с возраставшей из-за новых пробоин потерей плавучести. Помощь, оказанная сторожевому кораблю нашей батареей с мыса Сеть-Наволок, открывшей огонь по фашистским эсминцам, была запоздалой и не могла изменить его участи: он к тому времени имел уже одиннадцать прямых попаданий.
Плавучесть корабля уменьшалась катастрофически, и в пять часов тридцать минут был начат спуск шлюпок. В две шлюпки сошли 37 человек, после чего «Туман» стал быстро крениться на правый борт и в 5 часов 50 минут затонул. Вместе с ним погибли (были убиты осколками снарядов еще в начале боя) 15 человек.
