Линейный корабль «Европа», вышедший в начале сражения из линии авангарда, занял место в центре и продолжал бой.
Экипажи всех шести линейных кораблей, составлявших авангард и кордебаталию, сражались исключительно храбро.
Орлов в донесении Екатерине II писал: «Все корабли с великою храбростью атаковали неприятеля, все с великим тщанием исполняли свою должность, но корабль адмиральский „Евстафий“ превзошел все прочие. Англичане, французы, венециане и мальтийцы, живые свидетели всем действиям, призналися, что они никогда не представляли себе, чтоб можно было атаковать неприятеля с таким терпением и неустрашимостью».
Во втором донесении Орлов писал:
«Свист ядер летающих и разные опасности представляющиеся и самая смерть, смертных ужасающая, не были довольно сильны произвести робости в сердцах сражавшихся со врагом… россиян, истинных сынов отечества…»
Взрыв «Реал-Мустафы», огромные потери в людях и разрушения на других турецких кораблях, непрерывный огонь русской корабельной артиллерии вызвали сильную панику среди турок, которые бросались за борт, пытаясь достичь берега вплавь.
Уже в два часа пополудни турецкие корабли спешно рубили якорные канаты и ставили паруса, чтобы бежать в Чесменскую бухту под защиту крепости. Бегство противника было беспорядочным и паническим. Русские корабли бросились его преследовать. Погоня продолжалась до самой бухты, у входа в которую русская эскадра стала на якорь и тем самым заперла выход из нее турецкому флоту.
Адмирал Спиридов сказал тогда: «Легко мне… предвидеть… что сие их убежище будет и гроб их».
В шесть часов вечера бомбардирский корабль «Гром» предпринял разведку неприятельского флота. Оказалось, что турки, укрывшиеся в Чесменской бухте, в беспорядке стояли в глубине ее, и только четыре корабля находились в линии. Обнаружив это, «Гром» открыл по флоту противника стрельбу из мортир. Турки начали отвечать беспорядочным огнем с береговых батарей и со своих кораблей. Наступившие сумерки заставили прекратить огонь, после чего бомбардирский корабль возвратился к своей эскадре. На этом закончилось сражение в Хиосском проливе.
Потери русских в бою, если не считать погибших при взрыве «Евстафия», составляли всего лишь шестнадцать человек убитыми. Больше других пострадал корабль «Три святителя», на котором насчитывалось семь убитых и двадцать четыре раненых. Остальные корабли не получили серьезных повреждений. Турки же понесли большой урон в людях. Корабли их были сильно повреждены.
