向利萨岸上的要塞炮台轰击了两天，也没能使岸上的88门小口径炮停止射击，造成意大利舰队伤亡很大。
意大利的一艘铁甲舰失去了攻击能力，大部分弹药消耗掉了，燃料只够使用两天了。
然而到了7月20日早上，佩尔萨诺又开始了攻击。当他正轰击利萨的炮台并准备派部队登陆时，瞭望哨突然报告，奥匈帝国的舰队正从西北方向开来。
惊慌失措的佩尔萨诺匆忙将他的铁甲舰编成纵队从奥匈帝国的编队前方冲过去。
在这紧急时刻，佩尔萨诺竟惊慌失措地把他的军旗从“意大利”号移到处于战斗队形之外的“铅锤”号上。
结果在前面的3艘意大利军舰与后面的军舰之间出现一个大空隙。
奥地利指挥官特格特霍夫抓住战机，立即率领他的铁甲舰所组成的先锋编队穿过这个空隙，他的木制舰船则向佩尔萨诺的木制船和其余铁甲舰冲去。
这场战斗很快变成了一场混战，舰船的运动部分地被烟雾所遮蔽。“铅锤”号两次试图撞击木制“凯撒”号而没能成功。“凯撒”号一发炮弹擦过“迪波托加罗”号，但自己却在对方的炮火下起火，并最终被“铅锤”号逐出战斗。与此同时，奥匈帝国海军的炮火使一艘意大利的铁甲舰船起火燃烧。
特格特霍夫的旗舰撞击“意大利”号的行动在这次战斗中最为壮观。
当“费迪南德·马克西米兰”号在战斗的烟雾中搜索的时候，它撞在“意大利”号的舷上，这艘意大利军舰失去了方向控制。
而且它的前方又被另一艘奥匈帝国军舰封住，当它后退时，“马克西米兰”号全速冲撞它的舷边，并使其向右舷严重倾斜。
随着“马克西米兰”号慢慢地后退，“意大利”号恢复正常，接着在自己的动量和破口处涌入的数吨海水的作用力下又向左舷倾斜。当它倾翻并沉没时，舰上缺乏训练但很有士气的水兵为他们的国王高呼万岁。
“意大利”号的沉没结束了这次战斗，意大利舰队向西退却。由于奥匈帝国舰队有几条军舰受损并仍处于劣势，特格特霍夫没有追击。无论如何他完成了解救利萨的使命，他作为民族英雄回到了奥地利。
而意大利方面，佩尔萨诺则在战争结束后被解除了职务。
利萨海战是奥匈帝国海军的一次大胜利，彻底解了利萨之围。海战中意大利舰队遭受重创，损失了3艘铁甲舰，1000余名官兵。
这场首次以蒸汽为动力的铁甲舰之间的战斗引人注目。世界各国的海军都深入细致地在战术、武备和舰船结构等方面研究了这场战斗。
铁甲舰的作用在这次海战中引起了各国重视，这场海战标志着海上战斗已经从风帆时代过渡到了蒸汽铁甲时代。
此战后，意大利舰队转入退却。意大利失败的原因是侦察很差，没有战斗计划，通信联络不好和佩尔萨诺海军上将优柔寡断。
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