Вскоре после своего поворота на 8 румбов влево русские линейные корабли были обнаружены с мостика "Гебена". Адмирал Сушон немедленно приказал повернуть вправо. Линейный крейсер лег на параллельный противнику курс, и через несколько секунд после первого залпа "Евстафия" старший артиллерист "Гебена" корветен-капитан Книспель с дистанции 7000-7200 (38-39 каб.) открыл огонь по "Евстафию" пятиорудийными залпами (по одному орудию из каждой башни).

Линейный крейсер "Гебен". (Схема бронирования в районе мидель-шпангоута)

Первый залп "Гебена" лёг перелётом. В источнике [1] старший артиллерист "Евстафия" лейтенант Невинский пишет: "Почти тотчас после нашего залпа "Гебен" дал залп из всех пяти башен (я ясно видел это в бинокль). Продолжая смотреть в бинокль, я увидел какие-то черные точки. Протер стекла платком, вновь поднес бинокль к глазам: точки еще были видны и теперь уже поднимались вверх. Я понял, что это неприятельские снаряды, сосчитал их – пять штук, затем они исчезли из поля зрения…"

Второй залп также лёг перелётом, но один снаряд пробил навылет вторую дымовую трубу "Евстафия" и разорвался за его левым бортом, повредив осколками радиоантенну.

Третий залп лег недолётом, но один снаряд попал в правый носовой каземат 152-мм орудия повредил его и пробил две броневые плиты толщиной 152 мм и вызвал большие человеческие жертвы.

Четвертый залп накрыл батарею 152-мм орудий (между казематами в районе 54 шпангоута). Снаряд пробил 127-мм броню, оставив в ней почти идеальное круглое отверстие, вызвал большие разрушения и пожар приготовленных к стрельбе зарядов, убив и ранив несколько человек.

Пятый и шестой залпы легли недолётом, но один снаряд разорвался на воде непосредственно у борта в районе 22 шпангоута и осколками разорвал легкий надводный борт над бортовой броней толщиной 75 мм в районе носового лазарета, где никого не было, разрушил трубопроводы судовых систем и часть прилегающих помещений. Образовалась надводная пробоина сравнительно больших размеров.

В скоротечном бою в течение 10 минут на дистанции 6400-7300 м (34-39 каб.) "Гебен" выпустил 19 280-мм бронебойных снарядов, хотя русские наблюдали падение не менее шести залпов (30 снарядов), и, согласно источника [11], добился трех попаданий (16 % попаданий) и одного близкого разрыва в воде, согласно Campbell [8], добился четырех попаданий (21 % попаданий)в "Евстафий", потери экипажа которого составляли 33 убитых и 35 раненых. Согласно Hildebrand [7], "Гебен" добился одного попадания снарядом главного калибра в "Евстафий", однако и сам получил попадание тяжелым снарядом в каземат № 3 левого борта.

Добившись накрытия, "Евстафий" перешел к стрельбе беглым огнём. Носовая башня видела цель хорошо и стреляла с равными промежутками времени, из кормовой же несколько раз докладывали, что не видят цели из-за дыма и мглы. Затем он открыл огонь из 152 и 203-мм орудий. Всего было сделано 16 выстрелов из орудий главного калибра (6,25% попаданий), из них 12 приходилось на носовую башню, а 4 на кормовую. Было выпущено 19 снарядов калибра 152 мм и 14 калибра 203 мм. Огонь велся около 10 минут, хотя "Гебен" был виден в течение 14 минут.

Остальные русские корабли вели огонь только тогда, когда видели противника, но попаданий не достигли. "Иоанн Златоуст" выпустил 6 снарядов калибра 305 мм на прицеле 11100 м (60 каб.). "Пантелеймон" же не сделал ни одного выстрела из орудий главного калибра. "Три Святителя", отставший и повернувший позже, видел весь бой лучше "Пантелеймона" и сделал 12 выстрелов на прицеле 11100 м (60 каб.), потом перешёл на самостоятельный прицел. Таким образом, бой с "Гебеном" фактически вёл один "Евстафий".

В 12 ч. 35 м. "Гебен" снова начал поворот вправо и вскоре скрылся окончательно. Корабли русской эскадры ещё некоторое время шли прежним курсом, а затем начали поворот вправо с целью погони. Однако на курсе был обнаружен плавающий предмет, принятый за мину. Опасаясь подрыва, Эбергард приказал отвернуть влево. Пройдя ещё некоторое время на север, русская эскадра направилась в Севастополь.

Бой у мыса Сарыч продолжался всего 14 минут и проходил на дистанции 7400-6500 м (40-34 каб.). Согласно [11], "Гебен" в ходе боя получил 14 попаданий снарядов крупного и среднего калибра. На нем было убито 105 человек и ранено 59. На "Евстафии" имелись пробоины в броневых плитах двух казематов орудий среднего калибра, были также повреждены отдельные помещения и вспомогательные механизмы, убиты 4 офицера и 29 матросов и ранены 1 офицер (позднее скончался от ран) и 24 матроса.

Этот бой убедил турецко-немецкое командование в достаточной силе русской эскадры линкоров-додредноутов, и сознание того, что у русских скоро вступят в строй линейные корабли "Императрица Мария" и "Екатерина II", которым надо будет что-то противопоставить, заставило его избегать решительных действий. Поэтому "Гебен" никогда не выходил в море со старыми турецкими броненосцами, так как последние своим малым ходом могли вынудить его принять бой в невыгодных для него условиях. Отсутствие в Константинополе подходящего дока для ремонта делало его еще более осторожным.

С 6 по 12 декабря 1914 г. из Босфора в Ризе проследовали 4 турецких транспорта в охранении легкого крейсера "Меджидие". На переходе морем транспорты прикрывал "Гебен", на котором находился военный министр Турции Энвер-Паша. 10 декабря "Гебен" и минный крейсер "Пейк" подошли к Батуми и с дистанции 15000 м (81 каб.) обстреляли порт. Линейному крейсеру отвечали крепостные орудия. Из-за дальности расстояния огонь обеих сторон был безрезультатным. 12 декабря все транспорты и боевые корабли возвратились в Босфор.

21 декабря 1914 г. "Гебен" вышел из Босфора в Черное море для конвоирования трёх транспортов, перевозивших боеприпасы и сухопутные войска из Константинополя в Трапезунд для турецкой армии.

20 декабря 1914 г. в соответствии с планом операции из Севастополя вышли линейные корабли "Евстафий" (флагманский), "Иоанн Златоуст", "Пантелеймон", "Три Святителя" и "Ростислав", крейсера "Память Меркурия" и "Кагул", 14 эскадренных миноносцев и минные заградители "Ксения", "Константин", "Алексей" и "Георгий", принявшие на борт 680 мин. С 21 ч. 40 м. до 22 ч. 40 м. минные заградители фактически поставили у Босфора 585 мин, так как при постановке часть мин взорвалась из-за погружения на большие глубины. Минное заграждение ставилось точно по счислению в районе, находящемся в 4-5 милях от берега, к востоку от пролива. Противник, как выяснилось позже, действий русских кораблей не обнаружил.

В это время "Гебен" находился в восточной части Черного моря, и 25 декабря он направился к Босфору. На следующий день 26 декабря в 13 ч. 55 м. при подходе к проливу в расстоянии 1 мили от входного босфорского буя линейный крейсер попал на минное заграждение, выставленное русскими в ночь на 22 декабря, и последовательно подорвался на двух минах с зарядом весом 96 кг каждая, которые хотя и не разрушили противоторпедные переборки, но нанесли корпусу корабля серьезные повреждения. Первая мина взорвалась по правому борту в районе задней боевой рубки, образовав пробоину площадью 50 кв.м, вторая по левому борту между носовой башней и передней боевой рубкой, образовав пробоину площадью 64 кв.м.