Это не спасло турецкую эскадру от полного разгрома. К 15 часам стрельба с турецких фрегатов прекратилась, к 16 часам были полностью подавлены береговые батареи и добиты не потерявшие плавучести суда. При осмотре турецких судов было взято 180 пленных, в том числе Осман-паша, раненый и ограбленный своими же матросами, которые сняли с него верхнюю одежду и отобрали ключ от каюты. Свой палаш турецкий вице-адмирал вручил П.С. Нахимову.
Таким образом, Синопское сражение закончилось полной победой русского флота. Турки потеряли 15 судов из 16 и около 3 тысяч убитыми и ранеными. В плен были взяты командующий турецкой эскадрой адмирал Осман-паша, три командира корабля и около 200 матросов. Русская эскадра не имела потерь в кораблях, но многие из них получили серьезные повреждения, особенно в рангоуте и парусах. Потери в личном составе составляли 37 убитыми и 233 ранеными. За время боя русская эскадра выпустила по противнику 18 тысяч снарядов.
Подводя итоги, Нахимов писал в приказе: «Истребление турецкого флота в Синопе эскадрою, состоящею под начальством моим, не может не оставить славной страницы в истории Черноморского флота. Изъявляю душевную мою признательность второму флагману, как главному моему помощнику, и который, идя передовым в своей колонне, так неустрашимо вел ее в бой. Господам командирам кораблей и фрегатов за хладнокровное и точное постановление своих судов по данной диспозиции во время сильного неприятельского огня, равно и за непоколебимую их храбростью продолжение самого дела, обращаюсь с признательностью к офицерам за неустрашимое и точное исполнение их своего долга, благодарю команды, которые дрались как львы».
Выдающаяся победа русского флота в Синопском сражении оказала большое влияние на последующий ход войны. Уничтожение неприятельской эскадры – основного ядра турецкого флота – сорвало подготовляющийся турками десант на кавказское побережье и лишило Турцию возможности вести боевые действия на Черном море.
Русский флот обеспечил себе победу при Синопе благодаря смелости и решительности тактического замысла сражения, искусному развертыванию сил и быстрому занятию кораблями назначенных огневых позиций, правильному выбору дистанции боя, с которой эффективно действовала артиллерия всех калибров. В этом сражении впервые широко использовалась бомбическая артиллерия, сыгравшая решающую роль в быстром уничтожении деревянных кораблей противника. Важнейшей причиной победы являлась грамотное управление эскадрой в бою выдающимся российским флотоводцем вице-адмиралом П.С. Нахимовым, высокая боевая подготовка личного состава русской эскадры, особенно командиров кораблей и комендоров, от которых непосредственно зависели искусство маневрирования и точность ведения артиллерийского огня. Во многом способствовала успеху русской эскадры и взаимная поддержка кораблей. Синопское сражение было последним крупным сражением парусных флотов, и в этом сражении по праву победили русские моряки.