Ο ελληνικός στόλος υπό την αρχηγία του Υδραίου καραβοκύρη Γεωργίου Σαχτούρη νικά τον τουρκικό στόλο υπό τον Χοσρέφ Πασά και αποτρέπει την κατάληψη της Σάμου. Η κύρια αναμέτρηση έγινε στις 5 Αυγούστου 1824 στα στενά της Μυκάλης.
Οι κάτοικοι της Σάμου με αρχηγό τον Λυκούργο Λογοθέτη ήταν αποφασισμένοι να υπερασπιστούν το νησί τους μέχρι θανάτου. Εγκατέλειψαν τα παράλια και οχύρωσαν τις ορεινές θέσεις περιμένοντας την άφιξη του Ελληνικού στόλου.
Στις 30 Ιουλίου 1824 ο Ελληνικός στόλος με αρχηγούς τον Γεώργιο Σαχτούρη και τον Ανδρέα Μιαούλη πλέοντας δυτικά της Σάμου αντελήφθη Τουρκικά πλοιάρια γεμάτα στρατεύματα να ετοιμάζονται για απόβαση στο Καρλόβασι.
Ο Σαχτούρης διέταξε τα Ελληνικά πλοία να τον ακολουθήσουν και κυνήγησε τα Τουρκικά αποβατικά σκάφη με αποτέλεσμα να βυθίσει τα περισσότερα από αυτά παρασύροντας στο βυθό και το μεγαλύτερο μέρος των Τούρκων στρατιωτών. Τα υπόλοιπα τουρκικά πλοιάρια έτρεξαν να σωθούν στα Μικρασιατικά παράλια μεταφέροντας και την πληροφορία ότι πλέον η Σάμος ήταν υπό την προστασία τού Ελληνικού στόλου και ότι θα ήταν δύσκολη κάθε προσπάθεια κατάληψής της.
Εν τω μεταξύ, η χερσόνησος της Μυκάλης είχε πλημμυρίσει από Οθωμανικά στρατεύματα, τα οποία ο Χοσρέφ σχεδίαζε να μεταφέρει απέναντι στη Σάμο. Τα Ελληνικά πλοία πλησίασαν στα λιμανάκια της Μυκάλης, όπου βρίσκονταν αραγμένες οι Τουρκικές σακολέβες και τις κανονιοβόλησαν, σκορπίζοντας ταυτόχρονα και τους στρατιώτες πού είχαν στρατοπεδεύσει κοντά στην παραλία.
Ο Τούρκος ναύαρχος βλέποντας ότι δεν υπάρχει περίπτωση να αποβιβάσει στρατεύματα στη Σάμο, έδωσε διαταγή στο στόλο του για επίθεση. Ο Σαχτούρης με τη σειρά του έδωσε την εντολή να μην υποχωρήσει κανένα Ελληνικό πλοίο, αλλά όλα μαζί να κτυπήσουν ταυτόχρονα τον εχθρό με τα κανόνια τους. Πυκνοί κανονιοβολισμοί άρχισαν να πέφτουν και από τις δύο πλευρές, ενώ τα δύο πυρπολικά των Ρομπότση και Τσάπελη, πού προσπάθησαν κρυμμένα μέσα στους καπνούς να προσβάλουν δύο Τουρκικές κορβέτες ανάγκασαν τον Χοσρέφ να διατάξει υποχώρηση.
Οι κάτοικοι της Σάμου μέσα στις εκκλησίες δοξολογούσαν τον Θεό για τη σωτηρία τους. Η συντονισμένη δράση των στόλων της Ύδρας και των Σπετσών τούς είχαν σώσει από το θάνατο και την αιχμαλωσία. Στις 4 Αυγούστου 1824, ο Καπουδάν πασάς επιχείρησε νέα έφοδο κατά τού Ελληνικού στόλου, ο οποίος απάντησε με εύστοχες βολές των κανονιών του, έχοντας και την κάλυψη από τα πυροβόλα πού είχαν στήσει οι Σάμιοι στις ακτές τους. Αυτή τη φορά ήταν το πυρπολικό τού Κανάρη πού προσπάθησε μέσα στον καπνό της μάχης να πλησιάσει την Τουρκική ναυαρχίδα.
Ο ατρόμητος Κανάρης, ανάμεσα στις σφαίρες πού σφύριζαν και στις βολές των κανονιών πού έπεφταν δίπλα από το πυρπολικό του, προχωρούσε ακάθεκτος. Τελικά δεν κατάφερε να προσκολλήσει το μπουρλότο του σε κάποιο πλοίο, αλλά ο εχθρικός στόλος υπό το φόβο των πυρπολικών απομακρύνθηκε όταν έπεσε η νύκτα.
Την επόμενη ημέρα ο Οθωμανικός στόλος επανήλθε. Ο Σαχτούρης όμως αγρυπνούσε και έχοντας καταλάβει τη σημασία των πυρπολικών, είχε δώσει διαταγές να ετοιμαστούν έξι πυρπολικά με συνοδεία πολεμικών και να επιτεθούν με την πρώτη ευκαιρία. Ο πρώτος πού όρμησε εναντίον των μεγάλων Τουρκικών πλοίων ήταν ο Υδραίος πυρπολητής Δημήτριος Τσάπελης, ο οποίος προσπάθησε να κολλήσει το μπουρλότο του στη φρεγάτα «Μπρουλότ Κορκμάζ» (το πλοίο που δεν φοβάται τα μπουρλότα).
Ενώ αγωνιζόταν να δέσει το μπουρλότο του, τέσσερεις βάρκες του εχθρού τον πλησίασαν για να τον συλλάβουν. Ο Τσάπελης, ο οποίος είχε εγκαταλειφθεί από τούς άνδρες του, βιάστηκε να βάλει φωτιά στην πυρίτιδα με αποτέλεσμα ο ίδιος να πάθει βαριά εγκαύματα στο πρόσωπο και το πυρπολικό να καεί αναίτια. Ο πανικός όμως πού επικράτησε στην Τουρκική φρεγάτα την ανάγκασε να προσαράξει στα μικρασιατικά παράλια, καθώς οι άνδρες της, το μόνο πού είχαν στο νου τους ήταν πώς να σώσουν τούς εαυτούς τους.
Τότε ο Κωνσταντίνος Κανάρης άδραξε την ευκαιρία και πλησίασε το δικό του πυρπολικό στην παγιδευμένη φρεγάτα. Αφού κόλλησε το πυρπολικό πάνω στο εχθρικό πλοίο, τού μετέδωσε το πυρ και σε λίγο ακούστηκε σε ολόκληρη τη Σάμο μία τρομερή έκρηξη. Από την υπερήφανη φρεγάτα είχαν απομείνει μόνο κομμάτια πού έπλεαν πάνω στη θάλασσα μαζί με τα πτώματα των εξακοσίων μουσουλμάνων ναυτών της. Ο Κανάρης κινδύνεψε σοβαρά από την παράτολμη επιχείρηση και έχασε δύο από τούς άντρες του.
Μετά την επιτυχία τού Κανάρη, ο Ελληνικός στόλος ξεκίνησε αντεπίθεση με πρώτο το πλοίο τού Ανάργυρου Λεμπέση. Ο πυρπολητής Βατικιώτης τίναξε ένα Τυνήσιο μπρίκι και οι Ραφαλιάς καί Λέκας Ματρόζος μία φρεγάτα από την Τρίπολη της Λιβύης. Ο καπετάν πασάς, βλέποντας την υπεροχή τού Ελληνικού στόλου, οπισθοχώρησε προς το Αγαθονήσι και την επομένη εγκατέλειψε τη Σάμο με κατεύθυνση την Κω, όπου θα παρέμενε αραγμένος αναμένοντας την άφιξη τού Αιγυπτιακού στόλου.
Οι απώλειες για το τουρκικό ναυτικό, εκτός από τα τρία πλοία, ήταν 100 κανόνια και περίπου 1000 άνδρες. Οι Έλληνες θρήνησαν τον θάνατο τριών μπουρλοτιέρηδων.
Η Ναυμαχία της Σάμου, με την επακολουθήσασα Ναυμαχία του Γέροντα (29 Αυγούστου 1824), διασφάλισε την ανεξαρτησία της νήσου, καθ’ όλη τη διάρκεια του Αγώνα. Όμως, η Σάμος δεν συμπεριελήφθη στο νεοσύστατο Ελληνικό κράτος, καθώς αναγορεύτηκε από τις Μεγάλες Δυνάμεις σε αυτόνομη ηγεμονία, φόρου υποτελής στο Σουλτάνο. Στον εθνικό κορμό θα ενσωματωθεί στις 2 Μαρτίου 1913, κατά τη διάρκεια του Α’ Βαλκανικού Πολέμου.
