В 7 ч. 05 м. вице-адмирал Эбергард приказал "Трём Святителям" и "Пантелеймону" прекратить обстрел укреплений и присоединиться к эскадре, а сам с тремя кораблями пошёл к ним навстречу. Контр-адмирал Путятин, распорядившись убрать тралы, медленно разворачивался с "Тремя Святителями" и "Пантелеймоном" в протраленном пространстве, так что этот маневр занял 18 минут. Однако соединиться русские корабли не успели.

Чтобы не вести бой на отходе и не подставлять под удар слабый концевой "Ростислав", вицеадмирал Эбергард последовательно повернул свои корабли навстречу противнику и вступил в бой с быстро приближавшимся "Гебеном", когда остальные два линейных корабля находились ещё в двух милях позади. "Евстафий", имея в кильватере "Иоанн Златоуст" и "Ростислав", привел "Гебен" на курсовой угол 110° правого борта и в 7 ч. 53 м. с дистанции 17400 м (94 каб.) открыл централизованный огонь четырёхорудийными залпами ("Ростислав" огня не открывал) по одному выстрелу из каждой башни. "Гебен" в свою очередь лег на параллельный курс и также открыл огонь из орудий главного калибра, сосредоточив его на "Евстафии".

"Гебен" в течение 22 минут с дистанции 1600014500 м (86-79 каб.) стрелял по "Евстафию" пятиорудийными залпами (по одному орудию из каждой башни), но стрельба немцев в этот раз оказалась неэффективной. Залпы "Гебена" ложились очень кучно – вначале недолётами, а потом прямо по носу "Евстафия", входящего в водяные столбы от падения немецких снарядов главного калибра. Однако попаданий не было: по приказанию адмирала Эбергарда флагманский корабль шёл зигзагом, изменяя также и скорость в пределах 10-12 узлов. В свою очередь старшие артиллерийские офицеры "Евстафия" и "Иоанна Златоуста" лейтенанты Невинский и Смирнов в первые минуты боя не смогли поразить "Гебен": снаряды из сосредоточенных четырехорудийных залпов разрывались о воду недолётами. Зато они мешали немцам корректировать стрельбу. Русские утверждают, что в их корабли попаданий не было, хотя с "Гебена" видели три попадания.

"Три Святителя" и "Пантелеймон" присоединились к эскадре на дистанции 14 800 м (80 каб.) от немецкого линейного крейсера. Ход боя переломил "Пантелеймон", который в 8 ч. 05 м. обогнал "Ростислав", стремясь занять третье место в строю русской эскадры. Согласно журналу "Гангут" N10 (с.34), старший артиллерийский офицер "Пантелеймона" лейтенант Мельчиковский в 8 ч. 08 м. вторым залпом с дистанции более 18500 м (100 каб.) накрыл "Гебен", добившись попаданий в среднюю часть корабля. Снаряд разорвался у нижней кромки главного броневого пояса, вызвал затопление бортового коридора и, подняв столб воды, который ударил по стволу 150-мм орудия в каземате № 2, временно вывел его из строя.

Приведя "Гебен" на курсовой угол 75°правого борта, корабли русской эскадры открыли по нему сосредоточенный огонь. Вскоре в "Гебен" попало ещё два снаряда. Один прошел через бак в жилую палубу, пробил нижнюю палубу, но серьезных повреждений не нанес. Другой попал в укладку противоторпедной сети, так что она свесилась за борт. Экипаж потерь не понес. Согласно Hildebrand [7], "Гебен" получил два попадания снарядами крупного калибра, которые однако не нанесли ему серьезных повреждений. Русские корабли удачно сконцентрировали огонь на "Гебене" и добились трех попаданий 305-мм снарядами.

На сходящихся курсах дистанция боя быстро уменьшилась до 13500 м (73 каб.), и положение "Гебена" становилось опасным. Видя, что "русская тройка" снова в сборе, он отвернул в сторону и вышел из боя, продолжавшегося всего 23 минуты. В 8 ч.16 м. на дистанции 20300 м (110 каб.) стрельба прекратилась. За время боя русские корабли израсходовали 169 305-мм (1,8% попаданий) и 36 203мм. снарядов. "Евстафий" выпустил 65, "Иоанн Златоуст" – 75, "Пантелеймон" – 16, "Три Святителя" – 13305-мм снарядов.

"Гебен" сделал около 160 безрезультатных выстрелов из орудий главного калибра. При его стрельбе наблюдалось превосходство в артиллерии – немцы добились большой кучности падения снарядов и высокой скорострельности. Однако ни одного попадания в "Евстафий" не достигли, хотя снаряды рвались очень близко от корабля. При этом, по сообщениям русских, корпус "Евстафия" испытывал очень сильные сотрясения.

Бой снова показал опасность хотя бы кратковременного разделения русских линкоров-додредноутов. Преследуя "Гебен", русские корабли отошли от пролива. Воспользовавшись этим, линейный крейсер обошёл их и днем 10 мая прорвался в Босфор, а эскадра Черноморского флота направилась в Севастополь, куда прибыла 11 мая.

Следующий боевой поход "Гебена" состоялся лишь 9-11 августа 1915 г. 11 августа русские подводные лодки "Морж" и "Тюлень" в районе Босфора последовательно безуспешно атаковывали "Гебен", шедший в охранении двух эскадренных миноносцев. Затем последовали выходы в Черное море в сентябре, октябре и ноябре. 6 сентября 1915 г. подводная лодка "Нерпа"в районе Босфора пыталась выйти в атаку на "Гебен", однако последний, обнаружив ее, открыл огонь и уклонился от атаки. Перерывы явились следствием трудностей в доставке угля из районов, расположенных на малоазиатском побережье Турции, чему серьезно препятствовали корабли Черноморского флота. В начале сентября 1915 г. на Черном море появились немецкие подводные лодки.

В том же месяце Болгария вступила в войну на стороне Центральных держав. Её военно-морские силы, состоящие из шести стотонных миноносцев и шести вспомогательных судов, перешли в подчинение германского военно-морского командования. Тем самым зона активных действий на Черном море сместилась к болгарскому побережью. Но теперь путь по суше из Германии в Турцию был свободен для доставки всех видов снабжения.

С 10 по 18 ноября 1915 г. подводная лодка "Морж" осуществляла крейсерство в обширном районе от Варны до Босфора и далее до Зунгулдака. Вблизи Босфора лодка встретила "Гебен", шедший в охранении двух миноносцев, вышла на него в атаку и выпустила две торпеды, но воздушный пузырь после выстрела был своевременно замечен на немецком и турецких кораблях, и "Гебен" успел уклониться. После этого германо-турецкое командование ограничило использование линейного крейсера для охранения турецких транспортов. В начале января 1916 г. бои на полуострове Галлиполи закончились победой турок и эвакуацией войск Антанты.

К концу войны на "Гебене" угол возвышения 280-мм орудий был увеличен до 22,5°, что увеличило дальность ведения огня до 23000 м (124 каб.). Английские источники приводили цифру 21600 м (117 каб.), вероятно, имея в виду дальность стрельбы "Гебена" с изношенными стволами орудий.

Увеличение угла возвышения орудий предназначалось для нейтрализации серьезного превосходства артиллерии русского линкора "Императрица Екатерина" в условиях хорошей видимости, типичной для Черного моря. Двенадцать 305мм орудий линейного корабля "Императрица Екатерина" могли вести огонь до дистанции 25700м (139 каб.) при угле возвышения стволов в 25°

Линейный крейсер "Гебен" в походе.

В ночь на 8 января 1916 г. эскадренные миноносцы "Пронзительный" и "Лейтенант Шестаков" ожидали выхода из Зунгулдака обнаруженного там парохода. В 3 ч. 10 м. "Пронзительный" потопил торпедами транспорт "Кармен", шедший в Зунгулдак из Босфора. Узнав от пленных, что для прикрытия транспорта в море вышел "Гебен", русские эсминцы повернули в море. На рассвете они вновь направились к берегу. К этому времени германский линейный крейсер получил сведения о гибели "Кармен" и повернул от Зунгулдака к Босфору. В 8 ч. 10 м. 8 января эскадренные миноносцы обнаружили "Гебен" и по радио навели на него маневренную группу Черноморского флота, в состав которой входили новейший линейный корабль "Императрица Екатерина II", крейсер "Память Меркурия" и эскадренные миноносцы.