Только утром 31 июня противники встретились у Барселоны. Брезе пришел к столице Каталонии раньше противника, его силы насчитывали 44 корабля, 14 брандеров и 17 галер, тогда как эскадра Сьюдад-Реала насчитывала 36 кораблей, 6 брандеров, 10 галер, 12 малых судов и баркалоны. В целом французы выглядели сильнее, хотя испанцы имели преимущество в размерах своих судов: у Сьюдад-Реала присутствовали два 66-пушечных галеона
Французские галеры кренговались у берега и не могли помочь флоту, тогда как 10 испанских галер участвовали в битве. Испанцы медленно спускались по ветру на зюйд-зюйд-вест, в то время как Брезе пытался выйти на наветренное положение, дабы использовать брандеры. Его собственная эскадра и арьергард Канже смогли сразу выйти мористее противника, а авангард Монтиньи (уже известного нам по бухте Гатари) вынужден был повернуть на другой галс, и в результате этого маневра оказался за кормой идальго.
Сражение началось во второй половине дня. Сьюдад-Реал в строе фронта прошел сквозь строй противника, обстреливая корабли французов и не пытаясь свалиться в абордаж. В результате слабой подготовки испанских матросов самый крупный корабль их эскадры, 66-пушечный «Сан-Томас де Аквино», сцепился со своим же брандером и, пытаясь от него избавиться, въехал в борт «Альмиранта» – корабля второго командующего Армадой Сачо де Урданивиа. Потеряв управление, вся эта троица медленно дрейфовала на французский строй, «Альмиранта» все же смог отцепиться, около самой французской линии идальго смогли также отцепить и брандер, однако «Сан-Томас де Аквино» был сильно поврежден и выкинул белый флаг.
Во время прохода сквозь строй зафрахтованный 800-тонный «Теста де Оро» потерял одну мачту и чуть не был захвачен (команда уже успела выкинуть белый флаг), но подошедший флагман Сьюдад-Реала не позволил французам приблизиться к приватиру и судно сумели отбуксировать к своим. В сражении сгорели еще два испанских и один французский брандер, правда, без всякой пользы, так и не сумев достигнуть своих жертв.
На следующее утро испанцы были на ветре, но отряд их был разбросан по заливу. Сьюдад-Реал повернул на 2 румба, чтобы дать возможность подойти отставшим, и пошел в атаку, как только смог восстановить какой-то порядок. Брезе вновь пытался выйти на ветер, однако не смог это сделать даже с помощью галер, поэтому был вынужден принять бой под ветром. Основной бой развернулся в авангарде французского строя, где Канже на «Галеон де Гиз» был атакован кораблем Сьюдад-Реала «Конкордиа» (зафрахтованный 30-пушечный транспорт) и его мателотом «Сан-Фернандо» (такой же 30-пушечный купец). Через два часа 60-пушечный галеон «Магдалена» под командованием ирландца графа Тирконнела, взятого на испанскую службу, подошел на помощь к «Конкордии» и вступил в ближний бой с французским флагманом, в то время как Сьюдад-Реал и Урданивиа не подпускали другие французские суда подойти на помощь Канже. С других французских кораблей пустили брандер, пытаясь атаковать корабль Урданивиа, однако он промахнулся и был отнесен на «Галеон де Гиз», который сразу же загорелся. Вскоре пламя перекинулось и на испанскую «Магдалену», два корабля сдрейфовали к берегу и сгорели. Из французского экипажа в 540 человек спаслось всего 40 матросов, сам Канже погиб, с Магдалены смогли спастись 120 человек (из 520), Тирконнел утонул.
С наступлением темноты флоты разошлись. Потери противников были следующими: французы – 1 корабль («Галеон де Гиз») и около 1000 человек убитыми и ранеными; испанцы – 2 корабля («Магдалена» и «Санто-Томас»), 205 человек убитыми, 417 – раненными.
Странной особенностью описания второго дня сражения является отсутствие упоминания о двух других французских отрядах – Монтиньи и де Брезе. Историк Фурнье сообщает о бое между французскими галерами и несколькими отставшими испанскими судами, вероятно – «Теста де Оро» и его защитниками, но что касается двух других эскадр, он также хранит молчание. Это заставляет предположить, что ни Монтиньи, ни Брезе не участвовали в сражении по какой-то причине, возможно, из-за противного ветра.
