Πραγματοποιήθηκε το πρωί της 3ης Δεκεμβρίου 1912 (16 Δεκεμβρίου με το νέο ημερολόγιο) στ' ανοιχτά του ακρωτηρίου Έλλη (Ελές-Μπουρνού στα τουρκικά) της χερσονήσου της Καλλίπολης, κοντά στην είσοδο των Στενών των Δαρδανελλίων. Διήρκεσε μία ώρα και έληξε με νίκη των ελληνικών δυνάμεων.
Τους πρώτους μήνες του Α' Βαλκανικού Πολέμου ο ελληνικός στόλος κυριαρχούσε στο Αιγαίο. Υπό την ηγεσία του Υδραίου υποναυάρχου Παύλου Κουντουριώτη (1855-1935), αρχικά απελευθέρωσε τη Λήμνο και εγκατέστησε στον όρμο του Μούδρου το προκεχωρημένο αγκυροβόλιο του Στόλου. Ακολούθησε η απελευθέρωση του Αγίου Όρους, των νησιών του βορείου και ανατολικού Αιγαίου (Θάσος, Σαμοθράκη, Ίμβρος, Τένεδος, Άγιος Ευστράτιος, Μυτιλήνη, Χίος). Αντίθετα, ο τουρκικός στόλος υπό τη διοίκηση του ναυάρχου Ραμίζ Μπέη παρέμεινε προστατευμένος στα στενά των Δαρδανελίων, χωρίς να επιχειρήσει έξοδο στο Αιγαίο.
Στα τέλη Νοεμβρίου υπήρχαν πληροφορίες ότι ο τουρκικός στόλος θα επιχειρούσε έξοδο στο Αιγαίο. Το απόγευμα της 1ης Δεκεμβρίου ο ελληνικός στόλος υπό τον υποναύαρχο Παύλο Κουντουριώτη απέπλευσε από το ορμητήριό του στον Μούδρο, όταν πληροφορήθηκε ότι το τουρκικό καταδρομικό «Μετζηδιέ» εθεάθη στην είσοδο των Δαρδανελλίων. Η περιπολία του ελληνικού στόλου κράτησε μέχρι το πρωί της 3ης Δεκεμβρίου 1912, χωρίς να φανεί κανένα ίχνος του εχθρού.
Το ναυτικό σήμα του Π. ΚουντουριώτηΣτις 8 το πρωί της ημέρας αυτή κι ενώ ο ελληνικός στόλος είχε πορεία από βορρά προς νότο, έγινε αντιληπτή η έξοδος του τουρκικού στόλου στο Αιγαίο. Λίγο αργότερα αναγνωρίσθηκαν τα θωρηκτά «Χαϊρεδίν Βαρβαρόσας», ναυαρχίδα του Ραμίζ Μπέη, «Τουργκούτ Ρέις», «Μεσουντιέ», «Ασαρ -ι- Τεφίκ», το καταδρομικό «Μετζηδιέ» και μερικά αντιτορπιλλικά. Ο ελληνικός στόλος του Αιγαίου αποτελείτο από τη ναυαρχίδα «Αβέρωφ», τα τρία παλιά θωρηκτά «Ύδρα», «Σπέτσαι» και «Ψαρά», τα τέσσερα νεότευκτα ανιχνευτικά τύπου Λέων, τα δύο νεότευκτα αντιτορπιλλικά «Νέα Γενεά» και «Κεραυνός» και τα οκτώ παλαιότερα μικρά αντιτορπιλικά των τύπων Θύελλα και Νίκη.
Αμέσως σήμανε συναγερμός. Στις 8:55 ο Κουντουριώτης διατάσσει τα ανιχνευτικά να ταχθούν σε μια στήλη αριστερά και σε απόσταση 1000 μέτρων από τη γραμμή των ελληνικών θωρηκτών, ενώ τα υπόλοιπα αντιτορπιλικά πήραν θέσεις προς την πρύμνη των θωρηκτών. Στις 9:00 τα τουρκικά θωρηκτά στράφηκαν προς βορρά, πλέοντας κοντά στην ακτή, ώστε να εξασφαλίσουν την κάλυψη των πυροβόλων των επακτίων φρουρίων και να αυξήσουν τη δύναμη πυρός τους. Ακαριαία ήταν και η αντίδραση του ελληνικού στόλου, που άλλαξε πορεία και τέθηκε σε καταδίωξη του εχθρικού στόλου. Από τον «Αβέρωφ» εκπέμπεται τότε προς τα πλοία του ελληνικού στόλου το ιστορικό σήμα του ναυάρχου Κουντουριώτη: «Με τη βοήθεια του Θεού και τας ευχάς του Βασιλέως και εν ονόματι του Δικαίου, πλέω μεθ’ ορμής ακαθέκτου και με πεποίθησιν εις την Νίκην κατά του εχθρού του Γένους».
Οι πορείες των δύο στόλων άρχισαν να συγκλίνουν και στις 9:05 βρίσκονταν σε απόσταση 14 χιλιομέτρων. Ο Κουντουριώτης ανέμενε να αρχίσει πρώτος ο εχθρός το πυρ, θέλοντας να αποφύγει τη σπατάλη πυρομαχικών έως ότου η απόσταση μειωθεί, ώστε να επιτρέπει δραστική βολή. Πράγματι στις 9:22 η τουρκική ναυαρχίδα άνοιξε πρώτη πυρ από απόσταση 12.500 μέτρων. Ο «Αβέρωφ» ανταπέδωσε τα πυρά και η μάχη γενικεύτηκε. Από το ξεκίνημα της σύγκρουσης τα τουρκικά θωρηκτά συγκέντρωσαν τα πυρά τους στη νεότευκτη ναυαρχίδα του ελληνικού στόλου. Το πυρ τους ήταν αρκετά ταχύ και πυκνό, δεν συνδυαζόταν όμως με την ανάλογη ακρίβεια. Αλλά και τα πυρά του ελληνικού στόλου δεν ήταν πολύ ακριβέστερα. Ο «Αβέρωφ» ρίχτηκε στη μάχη χωρίς να έχει προλάβει να εκτελέσει ασκήσεις πυρών μάχης, τα δε παλαιά θωρηκτά είχαν πανάρχαια πυροβόλα με πρωτόγονα μέσα σκόπευσης και διεύθυνσης βολής.
Στις 9:35 η απόσταση μεταξύ των δύο αντιπάλων είχε κατέλθει στα 9.500 μέτρα. Τότε ο ναύαρχος Κουντουριώτης αποφάσισε να θέσει σε εφαρμογή ένα σχέδιο, που από καιρό είχε ωριμάσει μέσα του, δηλαδή να να εκμεταλλευτεί την υπεροχή ταχύτητας της ναυαρχίδας του για να υπερφαλαγγίσει από πρώρας την εχθρική παράταξη, εφαρμόζοντας τον «ελιγμό Ταυ», που πρώτος είχε εφαρμόσει ο γιαπωνέζος ναύαρχος Τόγκο κατά του ρωσικού στόλου στη Ναυμαχία της Τσουσίμα (27-28 Μαΐου 1905). Αποφάσισε να δράσει ανεξάρτητα από τον λοιπό στόλο, υψώνοντας το σχετικό σήμα Ζ και διέταξε τον κυβερνήτη της ναυαρχίδας του Σοφοκλή Δούσμανη να αυξήσει την ταχύτητα μέχρι το μέγιστο και όρμησε ακάθεκτος κατά του εχθρού.
Ο Τούρκος ναύαρχος, αιφνιδιασμένος από τον ελιγμό του αντιπάλου του, διατάσσει διαδοχική στροφή των πλοίων κατά 180 μοίρες προς τα δεξιά. Η εξέλιξη αυτή σήμανε τη διάσπαση της γραμμής και την άτακτη υποχώρησή του προς τα Στενά γύρω στις 10:00. Η ευκαιρία ήταν μοναδική για τον «Αβέρωφ» να καταδιώξει τα υποχωρούντα τουρκικά πλοία και να πετύχει αποφασιστικό πλήγμα κατά του εχθρικού στόλου. Δυστυχώς, όμως, η ταχύτητα πυρός του είχε μειωθεί δραστικά, εξαιτίας προβλημάτων στα κλείστρα των πυροβόλων. Την ίδια ώρα, τα υπόλοιπα λοιπά ελληνικά πλοία έβαλαν κατά των υποχωρούντων τουρκικών από απόσταση 5.000 μέτρων. Στις 10:25 το πυρ έπαυσε από τα ελληνικά πλοία, καθώς τα τουρκικά χάθηκαν στα στενά των Δαρδανελλίων.
Η Ναυμαχία της Έλλης είχε τελειώσει με μία ακόμη λαμπρή σελίδα να προστίθεται στη ναυτική ιστορία της Ελλάδας. Ο ελληνικός στόλος παρέμεινε κοντά στα Στενά έως τις 14:30, οπότε αποχώρησε με πορεία προς τον Μούδρο, όπου κατέπλευσε νωρίς το βράδυ.
Η επικράτηση του ελληνικού στόλου οφειλόταν κατά ένα μεγάλο μέρος στον τολμηρό ελιγμό του Κουντουριώτη, αλλά και την υπεροχή του «Αβέρωφ» έναντι των πλοίων του τουρκικού στόλου. Η ενέργεια αυτή του Έλληνα ναυάρχου είχε ως αποτέλεσμα να βρεθεί ο «Αβέρωφ» μέσα στο βεληνεκές των επάκτιων πυροβόλων και να υποστεί ορισμένες επιφανειακές βλάβες στα υπερστεγάσματα. Τα τουρκικά πλοία είχαν βαρύτερες ζημιές, αλλά και απώλειες στο έμψυχο δυναμικό τους, με 58 νεκρούς και 40 τραυματίες. Οι ελληνικές απώλειες ανήλθαν σε ένα νεκρό υπαξιωματικό, τον σηματωρό Κατζιτζάρη και τον ανθυποπλοίαρχο Μαμούρη, που πέθανε λίγες ημέρες αργότερα από μόλυνση του τραύματός του. Οι τραυματίες ανήλθαν στους επτά.
Η Ναυμαχία της Έλλης αποτέλεσε στρατηγικής σημασίας νίκη του Ελληνικού Πολεμικού Ναυτικού. Ο έλεγχος του Αιγαίου παγιώθηκε, ενώ οι Τούρκοι δεν μπόρεσαν να χρησιμοποιήσουν τον θαλάσσιο δρόμο, ώστε να ενισχύσουν τις δυνάμεις τους που μάχονταν σε Μακεδονία και Θράκη.
