舊式裝甲巡洋艦“馬赫莫諾”在艦艏被大口徑魚雷炸掉的情況下，仍頑強的反擊，不過最後因傷勢嚴重，於淩晨5時自行鑿沉。
2月4日清晨5時剛剛過，遠東艦隊快速朝著意大利聯合艦隊駛去，但在上午7時，再次被意大利剩餘的23艘艦隊船隻包圍，並遭到了意大利艦隊的猛烈炮擊，不過就在這個時候，西班牙地中海艦隊突然趕到，隨後立即在後方攻擊意大利聯合艦隊，雖然西班牙地中海艦隊的攻擊實力比較弱，但是還是給意大利聯合艦隊帶去了又一次混亂。
而遠東艦隊立即利用其自身的速度和火力優勢，進行了一次次的集火射擊和迂回攻擊，意大利聯合艦隊司令本季厄隨後又再次下達了一個錯誤的命令，那就是將現有攻擊隊形分為兩部分，一部打擊西班牙地中海艦隊，一部包圍攻擊遠東艦隊。
而整個地中海之戰最後的戰局，也就是在意大利聯合艦隊司令本季厄，下達了一次次錯誤指令之後，而徹底失敗。
就在意大利聯合艦隊再一次變換陣型的時候，遠東艦隊所有艦隻都已經進入了有效射程內，接著在遠東艦隊長邱軍的一聲令下，遠東各艦所有火炮瞄準意大利聯合艦隊的旗艦集火，在5分鍾的炮火覆蓋下，意大利聯合海軍艦隊司令官本季厄，隨著他乘坐的旗艦一起石沉大海。
而接下來意大利海軍艦隊副司令加托夫海軍少將決定帶領6艘巡洋艦投降，不過遠東艦隊在看到意大利方投降信號後，依然進行炮擊，直到意大利軍艦掛出遠東海軍旗幟為止，但其餘的意大利艦艇或進行了抵抗被擊沉，或逃走，最終逃回意大利的隻有兩艘巡洋艦和另2艘驅逐艦。
地中海之戰與第二天的中午結束，而曆時2天的海戰，意大利海軍全軍覆沒，遠東艦隊損失了艦艇8艘，輕巡洋艦贛州號沉沒，杭州、蘇州重創，黃河級戰列艦擱淺，泰山級兩艦也遭到了不同程度的損傷，魚雷艇和護衛艦編隊幾乎全部沉沒。
不過這場實力懸殊的戰鬥，再次將遠東推到了一個前所未有的高度，同時也將各國的目光投入到全大口徑火炮戰艦的建設上，因為在這次的海戰中，泰山級全大口徑火炮發揮的作用相當之大，因為它可以在8000-10000米外，直接攻擊敵人，雖然準度不高，但是所起到了效果是具有決定性的。
不過這場戰鬥也引出了無數的爭議，那就是意大利海軍投降之後，遠東還在繼續攻擊，這一點是違法了人道主義精神，不過遠東則是說沒有看見意大利海軍掛出了投降旗號，而他還有一個證人，那就是西班牙地中海艦隊，最後便是兩張嘴去大戰一群嘴。