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.
