几次交锋之后，英军逐渐掌握了战争的主动权。意舰却由主动慢慢走向被动。此次海战孰胜孰负已初现端倪。
威佩尔竭尽全力赶上了坎宁安主力舰队，但他万万没有想到，坎宁安下达给他的第一个任务就是要他打头阵追赶亚基诺，并要求他同意舰保持目力接触。此时，在克里特岛以南的亚基诺舰队正急急忙忙向塔兰托港驶去。而在其后东南方45海里的地方，坎宁安的3艘战列舰正以22节的稳定航速穷追不舍。但坎宁安明白，意舰在航速上占有明显的优势，如果仅是这样追下去，自己无论如何赶不上亚基诺，必须采取有效措施来迟滞意舰。于是，他一面不断派飞机侦察，一面派飞机袭击意舰。
14时20分，3架鱼雷机和两架战斗机从“无畏号”航母上起飞，与皇家空军同时对意舰进行轰炸。两架鱼雷机看见“维托里奥·维内托号”正调转舰首，立即从2440米的高空猛冲下来，拼命用机关炮扫射舰桥指挥台和甲板。
意舰周围立刻溅起巨大的白色水柱，舰上的水兵们惊恐地狂呼乱叫起来。戴利埃尔·斯特德驾驶的鱼雷机不顾一切，在意舰机关炮的火舌前飞上滑下。
领航员库克所在的鱼雷机多处中弹，在坠海的一刹那，它发射的鱼雷命中“维托里奥·维内托号”的舰尾，海水旋即汹涌而入。20分钟后，该舰引擎停止转动，舰体开始左倾，舰尾也开始下沉。
一番紧张的抢修之后，这艘受伤的战列舰又以16节的速度向前行驶了。但它此刻处境并不比刚才好多少，前方420海里的地方才是要去的塔兰托港，而在其后65海里的地方，坎宁安舰队正穷追不舍。
坎宁安一心想吃掉这艘战列舰。18时，他发出命令：
如果威佩尔追上被击伤的战列舰，第二、第十四驱逐舰小队将首先发起进攻。
如果敌战列舰没有受伤，主力舰队将随后跟进；如果巡洋舰不能确定敌战列舰的准确位置，我将慢慢向北迂回，然后再向西，明天早晨重新接触敌舰。
据此，英驱逐舰摆好了夜间攻击阵势。沃勒舰长指挥的由驱逐舰“斯图亚特号”、“格里芬号”、“猎狗号”和“浩劫号”组成的第十驱逐舰小队在前面担任警戒；麦克舰长指挥的由驱逐舰“贾维斯号”、“两面神号”、“努比亚号”和“摩霍克号”组成的第十四驱逐舰小队在舰队左舷前一海里处；民科尔舰长指挥的由驱逐舰“冬青号”、“赫里沃号”和“霹雳火号”组成的第二驱逐舰小队在舰队右舷前一海里处。这两个小队将在威佩尔与意军交火后立即发起鱼雷攻击。
经验丰富的老将亚基诺料定天黑前英国人追不上他，他目前面临的最大危险，是天黑前的空袭和天黑后的驱逐舰夜袭了。为确保安全，他以战列舰为核心将驱逐舰和巡洋舰紧密排列在一起。
战列舰左翼是第一巡洋舰分队，右翼是第三巡洋舰分队。第八巡洋舰分队和六驱逐舰小队则奉命返回布林迪西港。他还下令，英机来临时，所有舰艇都施放黑烟，同时，左右护航的巡洋舰和驱逐舰打开探照灯，以此迷惑英飞行员的眼睛。
天快黑时，8架英国飞机在暮色中像秃鹰般在意舰上空盘旋，意军的一举一动他们尽收眼底。但亚基诺对此只有叹气，因为对这些飞机意大利舰的对空火力够不到。他一面抱怨希特勒的失信，一面焦急地准备迎接凶多吉少的再一次海战。
19时15分，亚基诺下令左舷转向30度，向正西方向行驶，企图通过队形的变化来摆脱英国人或者打乱他们的进攻计划。
19时30分，在夜幕的掩护下，英国飞机迅速扑向了目标。意舰开始骚乱起来，大片的浓烟和急速转动的探照灯光把海面弄得一片狼藉。天空中高射炮火织出的火网更是让人头晕目眩。
乱糟糟的海面上，威廉斯海军中尉错把“波拉号”巡洋舰当成了对方的战列舰，并予以重击。“波拉号”被鱼雷击中后，电力设备失灵，3个防火舱灌满海水，主机也停止了转动，整个舰体完全瘫痪。
心烦意乱的亚基诺当时最盼望的就是德国飞机的空中支援，但再三催促，德第十航空兵团仍以英舰位置不明、难以识别为由拒绝出兵——多么冠冕堂皇的理由！亚基诺自然不信，但他又能怎样呢？兵权掌握在希特勒手中。
整整持续了15分钟的空袭停止后，海面再度恢复平静。亚基诺长长出了口气，好歹挺过了这次空袭。但很快他又想起了被鱼雷击中瘫痪在海上的“波拉号”巡洋舰。
20时18分，亚基诺命令第一分队的卡塔尼奥司令前去援助“波拉号”。21时，卡塔尼奥司令率领“扎拉号”、“阜姆号”巡洋舰和4艘驱逐舰离开主力以16节的航速向东南方向行驶，前去塔救“波拉号”。真可谓一着不慎，满盘皆输。亚基诺上将一心只想搭救“波拉号”，却不知英方主力舰队正在前方50海里处恭候他的大驾光临。
坎宁安一直误将“波拉号”当做他要寻找的那艘受伤的战列舰，并做出主力舰队投入交战，攻击进攻目标的命令。
22时40分，“勇士号”发现在左舷船头方向4.5海里处有不明舰艇，坎宁安当即决定把左舷一侧的驱逐舰“猎狗号”和“格里芬号”调到右舷去占领攻击位置。
但这道命令还未付诸行动，舰队右舷的“斯图亚特号”又发来警报，说在右舷船头250度方位，发现许多舰艇的巨大黑影，距离舰队正前方约两海里处，从左向右行驶。
这正是受命前来救护“波拉号”的两艘巡洋舰和4艘驱逐舰。尽管坎宁安派出的侦察机整天都在严密监视受伤的意大利战列舰，第四驱逐舰小队和威佩尔舰队也在海上不停搜索和追踪，但由于飞行员在意舰航速上的错误报告，加上亚基诺为防万一而不断改变航向，坎宁安的舰队始终与意大利战列舰交错行驶。
坎宁安接到“斯图亚特号”的警报后，马上下令重新排成纵队迎敌。整个舰队死一般地寂静——马塔潘角海战的号角就要吹响了。
而此刻没有装备雷达的意舰就像瞎子一样，在暗夜里，冲着英军黑洞洞的炮口越驶越近。意大利人没有想到，英舰24门380毫米火炮、20门150毫米火炮和20门115毫米火炮正如箭在弦上，随时都可将所有的意舰炸成碎片。
23时27分，排在最前面的“猎狗号”驱逐舰上的探照灯突然打开，巨大的光束射向“阜姆号”巡洋舰。
“厌战号”和“勇士号”上的380毫米火炮同时开火，这艘倒霉的“阜姆号”巡洋舰的前后炮搭立刻被掀上了天，不知所措的水兵们在甲板上四处乱窜。30秒钟后，“阜姆号”再次受创，旋即起火。45分钟后，它燃烧着沉入茫茫大海。
没有配备雷达、只能依靠观察哨侦察敌情的意舰根本不能进行夜战，大炮没有夜视器材，夜间舰炮火力指挥更是无从谈起。面对英军的狂轰滥炸，卡塔尼奥除了震惊和慌恐，再无计可施。
“厌战号”和“勇士号”在击沉“阜姆号”后，将攻击目标指向了“扎拉号”。“巴勒姆号”也紧随其后对其侧舷轰击。
“扎拉号”在这种阵势下毫无还手之力，前炮塔被炸毁，其余的部分也被炸得东倒西歪。随后锅炉房爆炸，整个“扎拉号”成为一片火海。
凌晨2时，麦克的第十四驱逐舰小队赶到夜战现场，对它进行了最后致命的一击。凌晨2时40分，“扎拉号”再也无力支撑下去，在惊天动地的巨响中，带着卡塔尼奥司令和大部分舰员一起魂归海底。
意大利舰队序列中的先头舰“阿尔菲耶里号”在两艘巡洋舰遭到攻击的同时，也受到“巴勒姆号”的侧舷炮击。它曾一度脱离编队，但最终没能逃脱厄运。3时15分，在舰身倾斜严重的情况下，舰长被迫下令弃舰，“阿尔菲耶里号”终于沉入海底。15分钟后，驱逐舰“卡尔杜奇号”也在爆炸声中沉入大海。
相比之下，“焦贝蒂”和“奥里亚尼”两艘驱逐舰要幸运得多。后者虽有一部轮机被击毁，但却利用另一部轮机侥幸撤出战斗。前者是整个战斗中唯一未受损伤的军舰。战斗打响后，“焦贝蒂”见势不妙，即借烟幕和夜色保护溜之大吉。
可怜的巡洋舰“波拉号”不但是意大利人悲剧的引子，而且也是这场悲剧的唯一旁观者。它完全失去了活动能力，重炮无法转动，辅助炮的弹药又无法运送上来，只能眼睁睁地看着自己的同伴一个个被消灭，并无可奈何地等待英国人来消灭自己。
战斗结束后，英“贾维斯号”驱逐舰向“波拉号”抛去一条缆绳，狼狈不堪的意大利海军官兵沿着长条板走上“贾维斯号”，做了英军的俘虏。
3时40分，“贾维斯号”解开缆绳，脱离“波拉号”。不久，“波拉号”便被麦克舰队发射的鱼雷击沉。
1941年3月20日17时30分，英军地中海舰队披着绚丽的晚霞，载誉凯旋，亚历山大港的欢呼声经久不息。但坎宁安将军在内心里仍为没有消灭意大利战列舰而深感遗憾。
这是第二次世界大战中规模最大的一次夜间大海战，也是意大利海军最后一次像样的海战，意大利的重型舰只从此在地中海上销声匿迹。
英国虽然取胜，但也是经过几番周折才最终控制和封锁住了意大利出海东进的大门，为北非战役的胜利和最后攻取意大利创造了先决条件。