Διεξήχθη στις 5 Ιανουαρίου 1913 στη γραμμή Λήμνου - Στενών κι έληξε με περιφανή νίκη του ελληνικού ναυτικού. Με την επικράτησή του, που ήλθε ως συνέχεια της ναυμαχίας της Έλλης (3 Δεκεμβρίου 1912), ο ελληνικός στόλος σταθεροποίησε την κυριαρχία του στο Αιγαίο, ενώ ο τουρκικός δεν τόλμησε μέχρι το τέλος του πολέμου να εξέλθει από τα Στενά των Δαρδανελλίων.
Το πρωί της 5ης Ιανουαρίου το καταδρομικό «Μετζιντιέ, τα θωρηκτά «Χαϊρεντίν Μπαρμπαρόσα», «Τοργκούτ-Ρεΐς» και «Μεσουντιέ» και οκτώ ακόμη αντιτορπιλλικά βγήκαν από τα Δαρδανέλια και κατευθύνθηκαν προς τη Λήμνο. Τα ελληνικά αντιτορπιλικά «Λέων» και «Ασπίς» ανέφεραν την εμφάνιση του εχθρικού στόλου στον ναύαρχο Παύλο Κουντουριώτη, ο οποίος ήταν ήδη ενήμερος για τις κινήσεις του από την προηγουμένη.
Ο Κουντουριώτης διέταξε την έξοδο του ελληνικού στόλου από το λιμάνι του Μούδρου προς αντιμετώπιση του εχθρού. Τον αποτελούσαν τα θωρηκτά «Αβέρωφ» (μακράν το πιο αξιόπιστο πλοίο του στόλου), «Σπέτσαι», «Ύδρα» και «Ψαρά», τα ανιχνευτικά «Ιέραξ» και «Αετός» και τα αντιτορπιλλικά «Σφενδόνη», «Νίκη» και «Ναυκρατούσα».
Στο μεταξύ, τα τουρκικά πλοία έφθασαν σε απόσταση λίγων μιλίων από το ανατολικό άκρο της Λήμνου και στις 11:34 άρχισαν να βάλλουν εναντίον των ελληνικών πλοίων από απόσταση 8.400 μέτρων, τα οποία απάντησαν αμέσως. Το τουρκικό πυροβολικό αποδείχθηκε και πάλι άστοχο, ενώ από την ελληνική πλευρά οι βολές ήταν πιο εύστοχες σε σχέση με τη Ναυμαχία της Έλλης.
Η παρουσία του «Αβέρωφ» στη μάχη ήταν έκπληξη για την τουρκική πλευρά, η οποία πίστευε ότι βρισκόταν σε καταδίωξη του θωρηκτού «Χαμιδιέ», το οποίο είχαν βγάλει στο Αιγαίο για αντιπερισπασμό, λίγες ημέρες νωρίτερα. Όμως, ο ναύαρχος Κουντουριώτης, έχοντας αντιληφθεί το σχέδιό τους, που αποσκοπούσε στην απομάκρυνση του ελληνικού στόλου από τα Στενά, παρέμεινε με τα άλλα θωρηκτά στο Μούδρο, περιμένοντας την πιθανή έξοδο του τουρκικού στόλου από τα Δαρδανέλλια, όπως κι έγινε.
ΔΙΑΒΑΣΤΕ ΕΠΙΣΗΣ
ΗΠΑ: Η βεντέτα των δύο οικογενειών που έμεινε στην ιστορία
Στις 11:50 οι δύο στόλοι βρίσκονταν σε απόσταση 6.700 μέτρων. Στις 11:54, ενώ το «Μεσουντιέ» είχε υποστεί σοβαρές βλάβες, ομοβροντία του «Αβέρωφ» προκάλεσε σημαντικές ζημιές και απώλειες στο θωρηκτό «Χαϊρεντίν Μπαρμπαρόσα», που αποσύρθηκε από τη μάχη. Το ακολούθησε το σχετικά άθικτο «Τοργκούτ-Ρεΐς». Έτσι, ύστερα από μία εικοσάλεπτη ναυμαχία, ο τουρκικός στόλος τράπηκε σε φυγή.
Στις 12:02, το θωρηκτό «Αβέρωφ» άρχισε την καταδίωξη του εχθρού και τις 13:50 βλήμα του βρήκε το «Τοργκούτ-Ρεΐς» και προκάλεσε ρήγμα, από το οποίο τα νερά μπήκαν στο λεβητοστάσιό του. Και τα τρία τουρκικά θωρηκτά, που είχαν υποστεί σοβαρές ζημιές, διέφυγαν τελικά προς την είσοδο των Στενών και δεν επιχείρησαν άλλη έξοδο σ’ όλη τη διάρκεια του πολέμου.
Κατά τη διάρκεια της ναυμαχίας, ο τουρκικός στόλος έριξε συνολικά 800 βολές, όσες περίπου και ο ελληνικός. Όμως, οι έλληνες πυροβολητές ήταν πιο εύστοχοι και προκάλεσαν πολλά θύματα στον εχθρό (πάνω από 100 νεκρούς). Από την ελληνική πλευρά αναφέρθηκε μόνο ένας τραυματισμός, του δίοπου - σαλπιγκτή του «Αβέρωφ».
Το αποτέλεσμα της ναυμαχίας της Λήμνου συνέβαλε αναμφισβήτητα στην απόφαση της κυβέρνησης Κιαμήλ να προχωρήσει στην υπογραφή ειρήνης. Ο αρχηγός τού τουρκικού ναυτικού Ραμίζ μπέης αντικαταστάθηκε από τον πλοίαρχο Ταχήρ μπέη και παραπέμφθηκε σε στρατοδικείο, το οποίο όμως τον αθώωσε. Τα τουρκικά πολεμικά, ακατάλληλα λόγω των ζημιών για επιχειρήσεις ανοιχτής θάλασσας, ανέλαβαν την προστασία της Κωνσταντινούπολης από ενδεχόμενη βουλγαρική επίθεση.
