坎寧安一直誤將“波拉號”當做他要尋找的那艘受傷的戰列艦，並做出主力艦隊投入交戰，攻擊進攻目標的命令。
22時40分，“勇士號”發現在左舷船頭方向4.5海裏處有不明艦艇，坎寧安當即決定把左舷一側的驅逐艦“獵狗號”和“格裏芬號”調到右舷去占領攻擊位置。
但這道命令還未付諸行動，艦隊右舷的“斯圖亞特號”又發來警報，說在右舷船頭250度方位，發現許多艦艇的巨大黑影，距離艦隊正前方約兩海裏處，從左向右行駛。
這正是受命前來救護“波拉號”的兩艘巡洋艦和4艘驅逐艦。盡管坎寧安派出的偵察機整天都在嚴密監視受傷的意大利戰列艦，第四驅逐艦小隊和威佩爾艦隊也在海上不停搜索和追蹤，但由於飛行員在意艦航速上的錯誤報告，加上亞基諾為防萬一而不斷改變航向，坎寧安的艦隊始終與意大利戰列艦交錯行駛。
坎寧安接到“斯圖亞特號”的警報後，馬上下令重新排成縱隊迎敵。整個艦隊死一般地寂靜——馬塔潘角海戰的號角就要吹響了。
而此刻沒有裝備雷達的意艦就像瞎子一樣，在暗夜裏，衝著英軍黑洞洞的炮口越駛越近。意大利人沒有想到，英艦24門380毫米火炮、20門150毫米火炮和20門115毫米火炮正如箭在弦上，隨時都可將所有的意艦炸成碎片。
23時27分，排在最前麵的“獵狗號”驅逐艦上的探照燈突然打開，巨大的光束射向“阜姆號”巡洋艦。
“厭戰號”和“勇士號”上的380毫米火炮同時開火，這艘倒黴的“阜姆號”巡洋艦的前後炮搭立刻被掀上了天，不知所措的水兵們在甲板上四處亂竄。30秒鍾後，“阜姆號”再次受創，旋即起火。45分鍾後，它燃燒著沉入茫茫大海。
沒有配備雷達、隻能依靠觀察哨偵察敵情的意艦根本不能進行夜戰，大炮沒有夜視器材，夜間艦炮火力指揮更是無從談起。麵對英軍的狂轟濫炸，卡塔尼奧除了震驚和慌恐，再無計可施。
“厭戰號”和“勇士號”在擊沉“阜姆號”後，將攻擊目標指向了“紮拉號”。“巴勒姆號”也緊隨其後對其側舷轟擊。
“紮拉號”在這種陣勢下毫無還手之力，前炮塔被炸毀，其餘的部分也被炸得東倒西歪。隨後鍋爐房爆炸，整個“紮拉號”成為一片火海。
淩晨2時，麥克的第十四驅逐艦小隊趕到夜戰現場，對它進行了最後致命的一擊。淩晨2時40分，“紮拉號”再也無力支撐下去，在驚天動地的巨響中，帶著卡塔尼奧司令和大部分艦員一起魂歸海底。
意大利艦隊序列中的先頭艦“阿爾菲耶裏號”在兩艘巡洋艦遭到攻擊的同時，也受到“巴勒姆號”的側舷炮擊。它曾一度脫離編隊，但最終沒能逃脫厄運。3時15分，在艦身傾斜嚴重的情況下，艦長被迫下令棄艦，“阿爾菲耶裏號”終於沉入海底。15分鍾後，驅逐艦“卡爾杜奇號”也在爆炸聲中沉入大海。
相比之下，“焦貝蒂”和“奧裏亞尼”兩艘驅逐艦要幸運得多。後者雖有一部輪機被擊毀，但卻利用另一部輪機僥幸撤出戰鬥。前者是整個戰鬥中唯一未受損傷的軍艦。戰鬥打響後，“焦貝蒂”見勢不妙，即借煙幕和夜色保護溜之大吉。
可憐的巡洋艦“波拉號”不但是意大利人悲劇的引子，而且也是這場悲劇的唯一旁觀者。它完全失去了活動能力，重炮無法轉動，輔助炮的彈藥又無法運送上來，隻能眼睜睜地看著自己的同伴一個個被消滅，並無可奈何地等待英國人來消滅自己。
戰鬥結束後，英“賈維斯號”驅逐艦向“波拉號”拋去一條纜繩，狼狽不堪的意大利海軍官兵沿著長條板走上“賈維斯號”，做了英軍的俘虜。
3時40分，“賈維斯號”解開纜繩，脫離“波拉號”。不久，“波拉號”便被麥克艦隊發射的魚雷擊沉。
1941年3月20日17時30分，英軍地中海艦隊披著絢麗的晚霞，載譽凱旋，亞曆山大港的歡呼聲經久不息。但坎寧安將軍在內心裏仍為沒有消滅意大利戰列艦而深感遺憾。
這是第二次世界大戰中規模最大的一次夜間大海戰，也是意大利海軍最後一次像樣的海戰，意大利的重型艦隻從此在地中海上銷聲匿跡。
英國雖然取勝，但也是經過幾番周折才最終控製和封鎖住了意大利出海東進的大門，為北非戰役的勝利和最後攻取意大利創造了先決條件。