Tras cubrir la distancia que separaba Tolón y Gibraltar sin sobresaltos, e incluso habiendo capturado varios buques británicos, la escuadra francesa echó el ancla en Algeciras, una ciudad portuaria fortificada desde la que se podía ver Gibraltar a través de la bahía de Algeciras.

La tarde del 12 de julio, la flota francohispana partió desde Algeciras y la fuerza británica la siguió.

A lo largo de la misma, el barco británico HMS Superb consiguió atravesar la desorganizada retaguardia aliada.

Finalmente, las flotas francesa y española consiguieron su objetivo último, que consistía en reunirse en Cádiz.

[7]​ Se emitieron órdenes para que los tres barcos de línea que habían abandonado la escuadra de Ganteaume y la fragata Muiron se unieran a la nueva escuadra formada en Cádiz, cuya dirección recayó en el contraalmirante Charles Linois.

[9]​ Para facilitar la cesión de las naves españolas a los franceses, Napoleón ordenó al comandante Pierre Dumanoir le Pelley partir hacia Cádiz.

El comodoro Jean-Anne Christy de la Pallière, al mando del Desaix, hizo que este virase e inició una persecución, en la que consiguió dañar algunos de los aparejos y varias velas del Speedy.

[12]​ El almirante británico, a sabiendas de que Linois se encontraba aún anclado en la bahía, pretendía descender hasta Algeciras inmediatamente.

Por lo tanto, Saumarez no estuvo en la posición adecuada para atacar a la escuadra francesa, que se encontraba anclada, hasta la mañana del 6 de julio.

No obstante, Hood se vio afectado por ligeras corrientes de viento y, por lo tanto, el primer barco en entrar en acción fue el del capitán Charles Stirling, el HMS Pompée, que atacó a los buques franceses que se encontraban anclados y que después se situó cerca del Formidable.

[33]​ Tras percatarse de la complicada situación en la que estaba inmerso Stirling, Saumarez ordenó al capitán Solomon Ferris que llevara el Hannibal hacia la cabeza de la línea francesa para poder abrir fuego contra el Formidable.

[34]​ Saumarez envió a los botes de su escuadra a ayudar tanto al Hannibal como al Pompée, que se encontraban atrapados, bajo constantes disparos y con la imposibilidad de responder.

[45]​ No obstante, este necesitaba tantos arreglos que, cuando Linois partió a finales de esa misma semana, solo estaba listo para navegar, pero no para participar en un combate, por lo que fue enviado de vuelta a Algeciras.

[46]​ El resto de la escuadra estaba conformada por tres barcos españoles de 96, ochenta y 74 cañones, así como del Saint Antoine, cargado con 74 cañones y que días antes era conocido como San Antonio.

[39]​ Sin embargo, Saumarez estaba equivocado: Moreno había planeado llevar la maltrecha escuadra a Cádiz tan pronto como sus barcos estuvieran listas para navegar.

Saumarez lo siguió y, a las nueve menos veinte, con la noche echandósele encima y la intensidad del viento aumentando, ordenó a Keats, que se encontraba a bordo del Superb, el más rápido de la escuadra, que se adelantara y atacara la retaguardia de las fuerzas de Moreno.

[7]​ Cuarenta minutos después, Keats se percató de la presencia del Real Carlos y disparó tres andanadas contra su costado, las cuales produjeron un incendio de gran magnitud en la cubierta del buque español.

[50]​[49]​ Quince minutos después, el San Hermenegildo, afectado por las llamas de su barco amigo, también explosionó.

[51]​ Mientras tanto, Keats había derrotado al Saint Antoine después de tan solo media hora de enfrentamiento, ya que el comodoro Julien le Ray, que estaba herido, se rindió.

[52]​ En su persecución, abrieron fuego contra el Saint Antoine creyendo erróneamente que aún estaba activo.

A las 5:15, el Venerable consiguió situarse lo suficientemente cerca como para abrir fuego y se inició la confrontación.

[54]​ Mientras el Formidable se alejaba, los mástiles que seguían en pie sobre la cubierta del Venerable cayeron y este quedó encallado en las costas de Sancti Petri.

Los miembros de la escuadra británica pensaban que Moreno podría contraatacar al maltrecho barco, pero la llegada del Audacious y del Superb disipó la duda y el almirante español se vio obligado a retirarse a Cádiz.

Por este motivo, la segunda batalla se consideró como un éxito al haberse enfrentado los franceses a una fuerza británica superior en número.

[57]​ Troude sostuvo que, aparte de reducir a estos buques, también había destruido el Venerable por completo llevándolo hacia la costa.

En consecuencia, Troude fue ascendido, recibió alabanzas y consiguió acaparar un gran número de cargos en la Marina nacional francesa.

[56]​ En Gran Bretaña, Saumarez fue laureado debido al éxito de la segunda batalla, pese a la derrota inicial.

[63]​ El plan francés para reforzar al ejército que se encontraba atrapado en Egipto fracasó por completo como consecuencia de las pérdidas sufridas por la flota española de Cádiz y la restauración del bloqueo.

Al final, la guarnición de Egipto tuvo que rendirse en septiembre tras una dura campaña contra fuerzas británicas y otomanas.

[64]​ Asimismo, el dominio británico sobre el mar se acentuó, de modo que ninguna embarcación francesa podía partir o llegar a un puerto francés o aliado sin ser detectado e interceptado por la Marina Real.