27 июля (7 августа) в 15 часу, после того как шведы отказались капитулировать, русский авангард пошёл в атаку. Две фронтальные атаки шведский отряд отбил сильным артиллерийским огнём. Поэтому, русское командование изменило направление атаки – главный удар направили на фланги. Русские галеры смогли сблизиться со шведскими кораблями, и пошли на абордаж. Штурмовать вражеские корабли было сложно: в тесноте залива скампавеи мешали вёслами друг другу, маневрировать под огнём противника было нельзя, приходилось взбираться на высокие борта галер и фрегата. После почти трёхчасового ожесточённого боя шведы были разгромлены. Их корабли один за другим были взяты штурмом, последним спустил флаг фрегат. Эреншильд пытался, пользуясь суматохой, сбежать в небольшой лодке, но был захвачен в плен капитаном Ингерманландского полка Бакеевым. Пётр лично участвовал в абордажах, показывая бойцам пример мужества.Это была полная победа: захвачено 10 вражеских кораблей, 116 пушек, шведы потеряли 361 человек убитыми и 580 пленными. Русские потеряли 127 убитыми и 342 ранеными. Это был первый крупный успех Балтийского флота в Северной войне. В Петербурге в её честь был устроен большой праздник, всех участников наградили медалями.
Гангутская победа произвела большое впечатление на Западную Европу и Швецию. Победа имела и стратегическое значение – галерному флоту был открыт путь в Ботнический залив, а значит и к Стокгольму, шведской столице. Ватранг спешно отвёл свои силы на запад, за Аландские острова. 5 августа русские галеры прибыли в Аландские шхеры. Шведы были сильно деморализованы. Отряд Таубе отступил от Аланд к шведским берегам. На Аландских островах не было ни одного шведского солдата - к 12 августа русские войска овладели шхерами и весь русский галерный флот встал на западном выходе из шхер, примерно в 50 км от шведских берегов. Шведы предпринимали срочные меры по укреплению берегов и Стокгольма, стягивали войска. Эскадра Ватранга и Лиллье получила задачу прикрыть столицу.
После захвата Аландских островов главные силы русского флота были направлены к Васе. Одновременно из Тавастгуса выступила кавалерия. Русское командование собиралось уничтожить силы генерала Армфельда, у которого было 6-7 тыс. человек. В сентябре галеры прибыли в Васу. Силы Армфельда не приняли боя, оставили Нью-Карлеби, Гамле-Карлеби и отступили в Торнио. Вся финская территория, кроме северо-западных областей, была занята русскими войсками.