事情至此，尼西阿斯再也顾不得天意，连夜下令所有军队，除留守人员外，全部上舰与敌人决战。次日，西西里港湾展开了一场前所未见的激战。双方舰只搅在一起，人们歇斯底里地嘶喊，战舰砰砰相撞。每一舰靠拢和冲撞后，双方士兵就把标枪、石头、羽箭没命地砍钉。战斗持续了很长时间，雅典人终于未能在最后一分钟顶住，先垮了下来。尼西阿斯无奈，只得率残部撤离战舰，向内陆退却。

海战是雅典人的特长，陆战则是斯巴达人的拿手好戏。在叙、斯联军的围追堵截下，雅典人一批批倒下。第6天早晨，联军包围了德谟斯提尼的6000名后卫，迫其投降，然后又追上尼西阿斯，双方主力发生激战，疲惫不堪的雅典人哪里是对手，结果尼西阿斯被俘，雅典军全军覆灭。

战后，叙拉古人和斯巴达人违背诺言，处死了尼西阿斯和德谟斯提尼。被俘的雅典士兵除极少数外，其余都被卖作奴隶。

西西里之战，雅典丧失了近5万人，国力大损。从此以后，雅典海上同盟开始瓦解，称霸希腊的梦想灰飞烟灭。