De vloten ontmoetten elkaar buiten de Golf van Ambracia (de huidige golf van Arta) vlakbij het huidige Preveza. De 220 schepen van Marcus Antonius waren quinqueremen, met aan de voorkant een zogenaamde sneb, een stormram. Antonius had echter een tekort aan bemanning als gevolg van een malariaplaag die in zijn kamp had gewoed. Hierdoor verloren veel schepen aan effectiviteit. Schepen die helemaal geen bemanning meer hadden had Marcus Antonius al laten verbranden, opdat ze geen nut meer zouden hebben voor de vijand.
De vloot van Octavianus bestond onder andere uit liburnae. Deze waren weliswaar kleiner dan die van Antonius, maar omdat ze volledige, uitermate goed getrainde bemanningen hadden en omdat ze lichter en wendbaarder waren, bezat Octavianus een beslissend voordeel. Bovendien kende Octavianus het aanvalsplan van Antonius, via een van zijn generaals die hij een paar dagen voor de slag gevangen had genomen; deze had verteld dat Antonius de vloot van Agrippa wilde terugdrijven naar het noorden, zodat ze zelf open water konden bereiken. Dus zorgde Agrippa ervoor dat zijn schepen goed stand hielden. Antonius' vloot werd eerst bestookt met vuur en vervolgens naar de kust teruggedreven, waar de schepen genadeloos de grond in werden geboord.
Tijdens de slag braken Antonius en Cleopatra uit naar de open zee, om terug te keren naar Egypte. Hun manschappen lieten ze in de steek. Dat dit steeds hun plan was geweest, weten we omdat op hun boten een schatkist aanwezig was, die ze nooit zouden hebben meegenomen als ze van plan waren geweest te vechten. De zeeslag eindigde dus in een tactische overwinning voor Marcus Antonius: hij was ontkomen aan de val die Octavianus voor hem had opgezet. Maar het was een strategische nederlaag: hij verloor zijn leger, zijn reputatie van moedig man, en elke kans de oorlog te winnen.
In de winter liepen Antonius' bondgenoten over naar Octavianus ; o.a. koning Herodes de Grote van Judea. In 30 v.Chr.bereikte het leger van Octavianus Egypte. Antonius maakte een einde aan zijn leven en Cleopatra pleegde ook zelfmoord. Antieke historici zijn het over de bedoeling van deze daad niet helemaal eens. Voor de een wilde Cleopatra Octavianus de schande besparen om een vrouw te moeten doden. Maar volgens anderen pleegde ze zelfmoord omdat zij te weten was gekomen dat Octavianus met haar wilde pronken in een triomftocht te Rome. Hoe dan ook, haar zelfmoord droeg bij aan haar legende.