Через месяц, когда осада была в разгаре, у побережья появился испанский флот (22 корабля, 5 брандеров), задачей которого была деблокада крепости с моря. Он вышел из Картахены еще в середине мая, 6 июня идальго были у Кальяри; 8 июня к парусным судам присоединились неаполитанские, генуэзские, сардинские и сицилийские галеры (30 галер). Общее руководство испанской эскадрой осуществлял капитан-генерал галер граф де Линарес, парусными кораблями командовал генерал моря Франсиско Диас де Пимиента. Состав испанской армады был следующим: 1200-тонный 66 пушечный флагманский «Сан-Якобо и Сантьяго», 800-тонный «Урвиетта», два зафрахтованных 1500-тонных корабля арматора Кинсоусеса, 58-пушечные «Тринидад» и «Сан-Мартин», 550-тонный «Сан-Херонимо», 450-тонный «Нуэстра сеньора де Регла», 550-тонный «Леон Рохо», 560-тонный «Роса Пекена», 400-тонный «Леон де Оро», 250-тонный «Сан-Фелипе», 200-тонный «Сан-Карлос», а также приватиры «Кабалло Марино», «Теста де Оро» и «Санта-Каталина» – всего 16 кораблей. Фламандская эскадра была представлена 6 галеонами и 5 брандерами, итальянцы – 30 галерами.
14 июня в 10 милях к югу от острова Гильо испанцы встретились с флотом Брезе в составе 44-пушечного «Сен-Луи», 36-пушечных «Люинь», «Солейл», «Амианте», 30-пушечных «Кардиналь», «Триомф», «Сен-Поль», «Тритон», 34-пушечных «Сурди», «Сент-Якус», «Гранд Альянс», «Виерж», 28-пушечных «Сен-Шарль», «Лион-Коронн», 26-пушечного «Фортюн», 22-пушечного «Мадлен», 16-пушечного «Дюшес», 8-пушечного «Сент-Томас» и мелких приватиров «Гранд Александр», «Сент-Эйн Эгль», «Пети Англиаз», «Гданьск», «Болейн», «Сен-Поль», «Фортюн» – всего 24 корабля, а также 4 флейта, 8 брандеров и 20 галер.
Сражение началось в 5 утра. Ветер был очень слабый, поэтому оба противника убрали паруса и приказали галерам взять парусные суда на буксир. Французы первыми двинулись навстречу испанцам, Брезе повел флагмана к трем самым большим испанским кораблям. Идальго начали беспорядочный мушкетный и орудийный огонь по противнику с галер и кораблей. Сближение длилось 3 часа, за это время с Флота Леванта сумели пустить один брандер на флагман Пимиенты «Сан-Якобо и Сантьяго», однако из-за маловетрия тот был быстро перехвачен шлюпкой с 58-пушечного «Тринидада» и отведен в сторону. Сам флагман Пимиенты отбуксировал в сторону граф де Линарес на своей галере. От огня французов корабль Пимиенты потерял грот-стеньгу и получил небольшие повреждения корпуса. Сблизившиеся наконец противники могли теперь начать индивидуальные схватки. 20-пушечный «Санта-Каталина» атаковали два корабля Тулонской эскадры, через 30 минут экипаж уже покидал тонущее судно, которое капитан напоследок поджег, чтобы французы не смогли воспользоваться призом. «Теста де Оро», «Леон Рохо» и «Кабалло Марино», державшиеся чуть поодаль основных сил, были атакованы 4 галерами и 3 кораблями Флота Леванта. В результате последовавшей дуэли испанцы были сильно повреждены, но смогли присоединиться к остальным кораблям Пимиенты и избежали плена. Галера капитана Неаполя, буксировавшая «Теста де Оро», получила ужасные повреждения и чуть не утонула, но все же, выполнив свой долг и отбуксировав корабль, смогла выйти из боя и устранить течи.
Надо сказать, что огонь испанцев, ставших бортом к неприятелю, был гораздо сильнее – однако низкая подготовка комендоров не дала использовать это преимущество. За 4 часа французы потеряли всего 40 человек, но среди них оказался главком Флота Леванта Брезе, которому в грудь попала мушкетная пуля. Сразу же после гибели 27-летнего Великого магистра навигации французы начали выходить из боя.
Вечером на Флоте Леванта состоялся военный совет. Несмотря на то что испанцы были деморализованы и сражение складывалось в пользу французов, преемник погибшего Брезе граф дю Даньон предложил идти в Тулон, и капитаны поддержали это решение. Несомненно, Брезе, хоть и не обладавший большими тактическими способностями, но смелый и отважный, продолжил бы сражение и, скорее всего, довел бы дело до победы, но история распорядилась иначе. Далее случилось невероятное – более слабый испанский флот пустился в погоню за более сильным! Линарес и Пимиента преследовали французов 15 и 16 июня. В ночь на 17-е поднялся сильный ветер с зюйд-оста, пошел дождь, поднялись большие волны и оба флота были рассеяны. Испанский галеон «Санта-Барбара» разбился у острова Гильо, французский флейт «Гримальди» налетел на камни у Пьямоса, галера «Сен-Доминик» и брандер, отбившиеся от Флота Леванта, были окружены и захвачены Линаресом у Генуи.
