你們炮擊我海島，撞壞我漁輪，向你們提出嚴重抗議！”南越海軍見勢不妙，趕忙逃離了甘泉島附近海麵。
19日淩晨，南越軍艦又趁著黎明前的黑暗，偷偷地駛向西沙群島中的琛航和廣金兩島。靠近島嶼時，他們放下橡皮舟，載著荷槍實彈的士兵，妄圖偷襲占領兩島。中國民兵早已在島上做好了迎戰的準備，南越士兵剛一登岸，就被收繳了武器，趕了回去。
惱羞成怒的南越海軍集結了四艘戰艦，決定孤注一擲，同中國擔任巡邏護漁任務的海軍艦艇直接進行較量，西沙海戰已迫在眉睫了。
19日上午，激烈的海戰終於打響了。參加海戰的南越海軍的四艘軍艦是：2800噸的16號（又稱“李常傑號”）和五號（又稱“陳平重號”） 驅逐艦，1850噸的四號（又稱“陳慶餘號”）驅逐艦，945噸的十號（又稱“怒濤號”）護航艦。最初參加海戰的中國海軍也是四艘艦艇，即655噸的389號和1396號掃雷艦，337噸的271號和274號獵潛艇。四艘艦艇分為271獵潛艇編隊和396掃雷艦編隊。南越海軍的一艘驅逐艦就相當於中國海軍四艘艦艇噸位的總和，武器裝備也遠遠強於中國海軍艦艇，然而，海戰的結局卻是南越當局所始料不及的。
10點22分，南越四艘軍艦同時向中國海軍編隊開火。中國海軍編隊海上指揮所果斷地發出還擊的命令。
隨之，271編隊指揮員下令：“各艇找最近的打！”396編隊指揮員下令：“打，狠狠地打！”霎時間，早已上了膛的炮彈立即從四艘艦艇的數十支炮管中飛向敵艦。永樂群島海麵騰起了濃濃硝煙，響起震耳欲聾的炮聲。
396編隊把主攻目標指向南越海軍的16號艦，經過一陣猛烈炮擊後，因雙方相對運動，敵16號艦暫時脫離戰鬥。於是396編隊轉攻靠近的南越海軍十號艦。戰鬥中，389號艦在艦長肖德萬指揮下，打得十分英勇頑強。炮長劉占雲在密集彈雨中沉著指揮；標尺手歐思文根據彈著點迅速而準確地修定標尺距離；才上艦幾個月的瞄準手王堯林、黃德勝，透過濃烈的硝煙，死死咬住敵艦；裝彈手楊保和搬起炮彈十分麻利地推上炮膛。正在打得起勁的時候，火炮突然出現了故障，炮彈卡殼。炮彈擊發不過火，按射擊規定要過30秒鍾才能退彈，不然，就有爆炸的可能。但此時此刻，時間比金子還要貴重。非同尋常的30秒鍾，它可以噴射七八發炮彈，會給敵人造成重大殺傷；反之，停射30秒鍾，就有可能失掉有利的殲敵戰機，甚至造成自己的重大損失，不能等，一秒鍾也不能等！瞪圓虎眼的炮長劉占雲，喊了一聲：“閃開！”冒著生命危險打開炮閂，奮力拉出卡在炮膛的炮彈，順手扔進了大海。好險，旁觀的水兵將吊起的心放了下來。排除了故障，水兵們更加起勁地操起主炮，瞄準敵艦狠狠地打。南越十號艦指揮台連續挨了四發炮彈，炸得甲板上的偽軍隨著救生圈和裝備碎片紛紛飛上了天。
此時，396號艦也在有利的陣位上，咬住敵十號艦發炮狠揍。兩艦密切配合，越打越勇。艦長肖德萬機智地指揮389號艦邊打邊高速衝向敵十號艦，在靠近敵艦數十米距離時，389號艦的指戰員覺得使用輕火器發揮作用會更大，於是，艦上的機關槍、衝鋒槍一齊向敵艦打去，子彈似雨點般密集。在靠近敵艦更近些的時候，副艦長崔瑞勳抓起一顆手榴彈，拉開導火索，高喊：“用手榴彈打！”朝著敵艦甩了過去。頃刻，兒十枚手榴彈接連在敵艦甲板上開了花。炸得敵十號艦上的南越敵軍死的死，傷的傷，一片哭爹喊娘聲。在20世紀70年代的艦對艦海戰中，使用手榴彈的戰例實為罕見。不知是越軍被打得失去了判斷能力，還是故意誇大其詞以掩蓋敗績，戰後西貢當局的新聞發布官，竟然把這些手榴彈宣布為中國軍隊在西沙海戰中發射了“冥河式導彈”。