援兵赶到了西西里，叙拉古也募集了大批援兵，雅典人人数上的优势也丧失了。尼西阿斯闻讯大惊，终于决心尽快撤离。全军将士登上战舰，准备重返家园。也许是冥冥之中的天意，恰在这时，发生了月食。一向谨慎的尼西阿斯立即下令停止行动，召来占卜师占卜，得出卜辞为再等3个9天，即27日后才可移动军队。
于是撤军又延误下来，在最需要决断的时刻，尼西阿斯当断不断，把远征军推上了绝路。叙拉古人和斯巴达人并未因月食而停止战斗，他们向雅典人展开了猛烈的进攻。9月3日，海湾内发生激战，76艘叙拉古战舰击败86艘雅典战舰，雅典骁将攸利密顿战死。
残舰被迫退回自己的泊地。叙拉古人乘机堵住海湾出口，将雅典海军完全封锁。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。