Nun führte Tegetthoff erstmals einen Verband in den Krieg. Mit schwachen Maschinen kreuzten die Fregatten Schwarzenberg mit Tegetthoffs Kommodorestander im Topp und Radetzky bei schwerstem Wetter die Biskaya, wobei das Kanonenboot Seehund zurückgelassen werden mußte. Doch Seehund schaffte den Anschluß in Brest und wurde später von Texel aus nach England geschickt, um die Kohlenergänzung vorzubereiten. Der englische Lotse brachte das Schiff fast zum Scheitern, so daß es in die Werft gehen mußte. Tegetthoff folgte dem in Brest erhaltenen Befehl: "Wenn Sie sich dann (d. h. nach Unterstellung der drei preußischen Kanonenboote) und nach den über das dänische Blockadegeschwader einzuholenden Nachrichten für stark genug halten, einen Erfolg erzielen zu können, so trachten Sie um jeden Preis, die Blockade von Hamburg zu brechen. Eile thut noth."

Am Morgen des 9. Mai 1864 nach einer Erkundungsfahrt in der Nordsee elbeauf steuernd, erhielt Tegetthoff die Nachricht von der Anwesenheit dreier dänischer Schiffe bei Helgoland. Ohne Rücksicht auf den schon sehr geringen Kohlenbestand der drei Preußen "Adler", "Blitz" und "Basilisk" machte der Verband kehrt und traf mittags auf zwei Fregatten und eine Korvette, die unverzüglich das Gefecht aufnahmen. Wegen der geringen Treffaussichten verringerte Tegetthoff die Gefechtsentfernung. Nach fast zweistündigem heftigem Gefecht geriet das Vormarssegel der Schwarzenberg in Brand. Das Feuer breitete sich rasend aus und zwang den österreichischen Verband zum Abfallen, womit das Gefecht einschlief. Es gab auf beiden Seiten Tote und Verwundete. Die Gefallenen der Schwarzenberg (32) und Radetzky (5) wurden in Cuxhaven auf dem Ritzebütteler Friedhof beigesetzt, wo die auch heute noch vorbildlich von Österreich(!) aus gepflegte Grabstelle an die gemeinsame Waffentat zweier deutscher Marinen erinnert. - Der dänische Historiker Lütken urteilte über das Gefecht: ". . . die beiden Schiffe standen nun Seite an Seite in Frontlinie gegen die Dänen, welche über dieses dreiste Manöver erstaunt waren. Es sah aus, als ob Tegetthoff sich nicht allein ritterlich zur Unterstützung seiner preußischen Kanonenboote anschicken wollte die nun ebenfalls achter von den Österreichern wendeten, sondern auch die Traditionen früherer Jahrhunderte auffrischen wolle. Dieses unerschrockene Drauflosgehen, durch das er seine Schiffe in die gefährliche Lage brachte, vom feindlichen Feuer enfiliert zu werden, erinnerte an die Taktik Nelsons, der den Sieg so oft durch dreisten Durchbruch der gegnerischen Linie errang."

Tegetthoff wurde in Anerkennung des vorbildlich geführten Gefechtes zum Konteradmiral befördert. Seine Besatzungen wurden die Lieblinge des ganzen deutschen Volkes und überall begeistert aufgenommen. Während des Waffenstillstandes (9. 5. bis 26. 6.) trafen große Teile des Nordseegeschwaders ein, die sich an der Besetzung der Nordfriesischen Inseln beteiligten. Nach dem Friedensschluß in Wien (30. 10. 1864) kehrten alle Schiffe bis auf die Panzerfregatte Kaiser Max und die Fregatte Erzherzog Friedrich nach Pola heim. Die beiden Schiffe blieben als Vertreter Österreichs, das gemeinsam mit Preußen die Herzogtümer Schleswig und Holstein militärisch besetzt hielt und verwaltete, in der Nordsee.