被第一梯队重创，在第一梯队深入与意大利战舰进行交战的同时，远东第二梯队的三艘战列舰，也在用自己的优势火力对意大利主力巡洋舰群，进行覆盖打击，在激烈的交锋之后。
先后击沉意大利3艘卫护巡洋舰和2艘重巡洋舰，但是由于意大利的火炮系统比较老旧，不论是发射速度和口径大小和远东相差很大，所以双方的第一天交火约从下午3时15分开始，主要是在远东第一梯队巡洋舰分队和鱼雷分队中展开。
而远东第二梯队则是和意大利的巡洋舰分队之间展开，随后在五个小时的战斗中，远东3艘鱼雷艇中弹沉没，赣州号轻巡洋舰沉没，杭州号遭到重创只能保持15节航速，数艘辅助船中弹发生火灾。
不过远东的主力铁甲战列舰完好无损，而意大利却被击沉3艘战列舰和6艘主力巡洋舰，至下午6时左右，意大利联合舰队第一天的败局已定，但是意大利联合舰队似乎不准备就这样死心，依然继续跟远东舰队死缠，随后由于双方舰队在烟雾中经常失去接触，导致航线十分混乱，双方开始了一场夜幕中的混战。
6时45分，意大利第五、六巡洋舰战队投入战斗，但是不久之后，意大利重巡洋舰“斯维特娜”号被远东泰山级战列舰一炮给击沉，而另一艘旧式重巡洋舰“科伊顿斯”在反击中被远东3艘巡洋舰围攻，直接被击伤后下沉。
随后双方的主力舰在7时15分、8时30分曾两次相遇，但都是意大利联合战舰都到了重创，结果又导致3艘巡洋舰相继被远东305毫米大口径火炮击沉，晚8时，由于天色实在已经太黑了，根本看不见对方，所以第一天的海战就这样结束了。
当夜意大利联合舰队所有受重伤的舰艇撤出战斗，但是就在这个时候远东的鱼雷舰编队已经来了，远东准备用鱼雷艇和护卫舰发起夜间的攻击，接着意大利联合舰队被打得大乱，早就被打的千疮百孔的“亚历山大””“博罗季诺”、“西后依鹰”号三艘战列舰沉没，10分钟后，“季罗博诺”号巡洋舰弹药库被击中，弹药库被摧毁，并引起了锅炉爆炸，当即下沉。
晚9时30分至次日凌晨5时，远东一共出动鱼雷艇编队向残余的意大利联合舰队发起鱼雷攻击，意大利第三分队因接受过反鱼雷进攻训练，因而大都幸存下来，而第二分队的舰只大部被击沉，“瓦西索伊”、“纳西莫夫”、“维利基纳林”先后被鱼雷击沉。
旧式装甲巡洋舰“马赫莫诺”在舰艏被大口径鱼雷炸掉的情况下，仍顽强的反击，不过最后因伤势严重，于凌晨5时自行凿沉。
2月4日清晨5时刚刚过，远东舰队快速朝着意大利联合舰队驶去，但在上午7时，再次被意大利剩余的23艘舰队船只包围，并遭到了意大利舰队的猛烈炮击，不过就在这个时候，西班牙地中海舰队突然赶到，随后立即在后方攻击意大利联合舰队，虽然西班牙地中海舰队的攻击实力比较弱，但是还是给意大利联合舰队带去了又一次混乱。
而远东舰队立即利用其自身的速度和火力优势，进行了一次次的集火射击和迂回攻击，意大利联合舰队司令本季厄随后又再次下达了一个错误的命令，那就是将现有攻击队形分为两部分，一部打击西班牙地中海舰队，一部包围攻击远东舰队。
而整个地中海之战最后的战局，也就是在意大利联合舰队司令本季厄，下达了一次次错误指令之后，而彻底失败。
就在意大利联合舰队再一次变换阵型的时候，远东舰队所有舰只都已经进入了有效射程内，接着在远东舰队长邱军的一声令下，远东各舰所有火炮瞄准意大利联合舰队的旗舰集火，在5分钟的炮火覆盖下，意大利联合海军舰队司令官本季厄，随着他乘坐的旗舰一起石沉大海。
而接下来意大利海军舰队副司令加托夫海军少将决