Петр отрядил на дело 30 лодок с солдатами лейб-гвардии Преображенского и Семёновского полков. Часть лодок под командованием А.Д. Меншикова, скрывшись за островом Ламмасари (Овечий), встала у истоков реки Фонтанки, другая – во главе с «бомбардир-капитаном» Петром Михайловым (Пётр I) – спустилась к морю. На рассвете 7 мая группа Петра I, тихо продвигаясь вдоль Васильевского острова, обошла два корабля противника со стороны моря. Шведы, ещё ночью заметившие её, подняли паруса с намерением присоединиться к главным силам, но встречный ветер и узость протоки не позволили это сделать. Шведская эскадра не решилась войти в Неву, чтобы помочь своим товарищам. С рассветом русские лодки пошли в атаку, невзирая на сильный артиллерийский огонь кораблей противника. Миновав зону огня шведской артиллерии, они в ожесточенном бою взяли оба корабля на абордаж. Одним из первых ворвался на «Астрильд» Пётр I. Победа была неординарной: с лодок, не имевших артиллерийского вооружения, были захвачены в абордажном бою два военных судна, оснащённых 18 пушками.
Царь писал начальнику Адмиралтейского приказа Ф.М. Апраксину о состоявшемся жестоком бое: «Понеже неприятели пардон зело поздно закричали, того для солдат унять трудно было, которые, ворвався, едва не всех покололи, только осталось 13 живых. Смею и то писать, что истинно с 8 лодок только в самом деле было. И сею, никогда бываемою викториею вашу милость поздравляю».
Успех на Неве стал первой победой зарождавшегося русского военного флота. Оба захваченных корабля после ремонта вошли в его состав. Пётр I и Меншиков были награждены орденами Святого Андрея Первозванного, участвовавшие в бою офицеры – золотыми медалями с цепями, солдаты – серебряными медалями без цепей. На одной стороне медали находился барельефный портрет Петра I, на другой – фрагмент боя и надпись: «Небываемое бывает. 1703». По правительственному заказу были изготовлены гравюры с изображением взятых судов и видом боя. Ныне в Санкт-Петербурге на берегу реки-протоки Екатерингофки на предполагаемом месте боя в дельте Невы размещен памятный знак. А сейчас эта дата отмечается как день Балтийского флота.