Grecy odpowiedzieli ogniem po 10 minutach, w czasie których odległość zmniejszyła się znacznie do 8500 jardów. O 10:04 tureckie okręty zakończyły zwrot o 180° i w niezorganizowanym odwrocie odpłynęły w stronę bezpiecznej cieśniny. Po niecałej godzinie były już z powrotem w Dardanelach.
Bitwa koło Lemnos spowodowana była tureckim planem zakładającym odciągnięcie szybkiego „Georgiosa Averofa” od Dardaneli. W tym celu krążownik pancernopokładowy „Hamidiye” przerwał grecką blokadę i wpłynął na Morze Egejskie. Turcy zakładali, że Grecy odeślą „Georgiosa Averofa”, by ten ścigał ich krążownik. Pomimo zagrożenia, jakie stwarzał „Hamidiye” dla greckich linii komunikacyjnych, dowódca greckiej floty nie zgodził się na odesłanie swojego najlepszego okrętu. Kiedy osmańska flota zauważyła grecki krążownik około 12 mil od Lemnos, rozpoczęła odwrót, a „Georgios Averof” rozpoczął pościg. Grecki okręt uzyskał kilka trafień zanim zaniechał pogoni. Ze względu na zbyt niską prędkość „Hydra” i jej siostrzane okręty zostały z tyłu i nie wzięły udziału w potyczce.