此後，奧爾洛夫主持召開了會議，參加者有奧爾洛夫、斯皮裏多夫、格雷格、埃爾芬斯通、多爾戈魯科夫(Ю.В.Долгоруков，時任少將，戰後獲得三級聖喬治勳章)、漢尼拔(И.А.Ганнибал，時任海軍炮兵准將，是俄國著名詩人普希金的堂祖父，戰後獲得三級聖喬治勳章)等指揮官。奧爾洛夫和斯皮裏多夫決定利用夜晚海風吹向切什梅海灣之際，用火攻燒燬對方船隻。
斯皮裏多夫命令格雷格海軍准將的7艘軍艦在6月25日(7月6日)23時30分開始行動。從下午17時開始，攻擊艦“霹雷”號就開始轟擊對方海岸炮陣地。從凌晨0時30分開始，“歐羅巴”號、“羅斯季斯拉夫”號和“含羞草”號等先後進入切什梅海灣，同時“幸福希望”號和“阿非利加”號巡航艦以及攻擊艦“霹雷”號分別攻打北面與南面的炮兵陣地。埃爾芬斯通海軍少將和艦隊的其餘船隻部署在港口外，封鎖港口，防止土耳其艦船逃跑。前衛各艦在敵火力下衝入切什梅灣入口，拋錨停泊，向敵艦發射燃燒彈，燒燬數艘敵艦。
6月26日(7月7日)凌晨1時15分，4艘縱火船按照戰列艦“羅斯季斯拉夫”號的信號出擊開展火攻。攻堅艦“霹雷”號的一顆炮彈使土耳其1艘船隻的主帆着火，頃刻之間，全船焚燒。2時，2艘土軍船隻爆炸，別的一些船也開始着火燃燒。於是格雷格派出4艘縱火船拖入戰鬥，由海軍中尉杜格達爾擔任指揮，海軍中尉麥肯齊爲副指揮。杜格達爾指揮的第1艘縱火船被2艘土耳其大橈戰船截住後備擊沉。麥肯齊指揮的第2艘則在入口處擱淺，海軍准尉加加林(Гагарин)指揮的第3艘則和1艘已經着火的土耳其船隻碰在一起(不過埃爾芬斯通的記載卻是該船船長加加林拒絕執行命令，船被擊沉)。伊林(Ильин)中尉指揮的第4艘縱火船擊中土軍1艘84門炮戰列艦，使其起火燃燒，火勢蔓延到其他敵艦。此時土耳其艦隊完全喪失鬥志。火從1艘船燃燒到另一艘船，每艘船火藥庫一着火隨即爆炸。這種燃燒和爆炸持續了好幾個小時。
6月27日(7月8日)上午8時土軍分艦隊全軍覆沒，15艘戰列艦、6艘巡航艦和40餘艘小船被燒燬，陣亡1-1.1萬人，1艘戰列艦和5艘大橈戰船被俘獲;而俄軍艦船無一損失，僅陣亡11人。土耳其艦隊被全部消滅，這是他們自1571年勒潘託海戰以來海軍遭受的最大一次敗仗!斯皮裏多夫在海戰報告中寫道：“。。。光榮屬於全俄羅斯海軍!從25到26日敵人的艦隊被打垮了、粉碎了、砸爛了、燒燬了，化爲灰燼，拋上天空，沉入大海了，而我們則雄踞在整個羣島上”。此戰之後，土軍被迫放棄了在希臘羣島對俄軍發動進攻的企圖，轉爲集中力量保衛達達尼爾海峽和瀕海要塞。俄國艦隊完全控制了希臘羣島。爲了紀念這次海戰，專門頒發了獎章，並在皇村(今普希金市)豎起了一座紀念碑(切什梅海戰紀念柱)。
俄軍輝煌勝利的消息肯快傳到了聖彼得堡。女皇在給奧爾洛夫的信中寫道“全歐洲都爲您的功勳而驚訝，並滿懷希望地注視着您。客觀公正的一方爲我們的成功感到高興，並由衷地希望我們壯大和鞏固。相反，那些嫉妒我們帝國權力、榮耀和地位，以及對我們懷恨在心的人，會對我們的仇恨愈加瘋狂，因此他們的陰險伎倆將會愈演愈烈”。
戰後，女皇慷慨的給予賞賜，斯皮裏多夫獲得俄國最高勳章-聖安德烈-佩爾沃茲萬內勳章，奧爾洛夫和格雷格獲得二級聖喬治勳章，格雷格還晉升爲海軍少將;戰列艦艦長科羅卡切夫、赫梅特夫斯基等獲得三級聖喬治勳章，縱火船船長伊林、杜格達爾、麥肯齊都獲得了四級聖喬治勳章。
在以後的幾個月和數年內俄羅斯海軍繼續在地中海的作戰行動，封鎖達達尼爾海峽，破壞土方的海上運輸，攻擊岸上的堡壘等等。根據統計，僅僅1771年的一次戰役俄軍就奪取了大約180艘商船;而1772年10月的帕特雷戰鬥消滅對方巡洋艦和商船各8艘。1771-1773年，俄國海軍共截獲對方商船360餘艘。實事求是地說，俄羅斯海軍在當時已經切斷了土耳其和其北非附屬領土的聯繫，使得對方在巴爾幹的部隊補給出現嚴重問題。
俄羅斯海軍的行動貫穿到戰爭結束，以奧薩(瑙薩)要塞爲基地，將其做爲機動的海軍基地對達達尼爾海峽進行封鎖，將土耳其大量兵力牽制在希臘羣島附近，同時又採取行動對付對方在貝魯特和安納托利亞沿岸地區的駐軍。
此後，雙方簽訂了小凱納爾賈和約。根據和約規定，俄國獲得了從布格河到第聶伯河之間的土地，最終佔有了亞速海和從亞速海到黑海的出口，得到了黑海自由通航、航海和進入地中海的權利。1774年10月起，俄海軍分艦隊開始分批返回本土。
根據統計，俄海軍總共從波羅的海抽調了20艘戰列艦、5艘三桅巡洋艦、1艘炮艦和26艘輔助船，加上繳獲的戰果實際回到本土的有13艘戰列艦、15艘三桅巡洋艦、2艘炮艦。俄海軍爲此次出征付出的代價是3艘戰列艦、4艘輔助船，另有4艘戰列艦、1艘炮艦和1艘輔助船由於技術故障而報廢。
總體來說，俄海軍此次行動比較成功，促進了此次戰爭的勝利和後來克里米亞劃歸俄羅斯。同時，確保了俄海軍開始走向黑海。10年之後，1783年俄海軍黑海艦隊正式成立，經過10年的努力，最終取得了黑海的制海權並將土耳其艦隊擠出黑海。按照俄羅斯歷史書上的說法，“經過將近100年的時間，俄羅斯正規海軍終於同陸軍並駕齊驅，打破了封鎖，進入了波羅的海和黑海，從而確保了俄羅斯同西歐各國經濟上的聯繫。”
無疑，切什梅海戰在其中起到關鍵作用，這次海戰的勝利究竟是誰的功勞，這個問題在冷戰時期引起很大的爭論。英國作家認爲應該歸功於他們的同胞，這是因爲英國軍官在俄羅斯海軍中佔有主要地位。無可否認，英國人起了一定的作用，但事實仍然是：勝利是由俄國人智慧的俄國艦隊取得的。格雷格表現得特別出色，其他如斯皮裏多夫海軍上將、赫梅特夫斯基、科羅卡切夫、盧潘丁等海軍上校以及伊林海軍上尉表現的都很好。俄國水兵的表現自始至終勇敢、機智和老練。
1995年2月10日，俄羅斯國家杜馬通過了《關於俄羅斯軍人榮譽日和紀念日(Дни воинской славы России)》的聯邦法，確立了軍人榮譽(戰爭勝利)紀念日，至今經過了20餘次修訂。2012年7月，總統普京簽署法令確認了7月7日切什梅海戰紀念日。
