Según los historiadores modernos, la batalla de Actium fue una retirada táctica incompleta. Esta afirmación se basa en datos aportados por los historiadores antiguos, Dión Casio y Plutarco, quienes, sin embargo, culparon a Cleopatra del desastre. En septiembre del año 31 a. C, la posición de Antonio era insostenible. Sus fuerzas, tropas y naves eran inferiores a las de Octavio. La escasez de alimentos y las enfermedades asolaban su campamento. Las alternativas eran abandonar las naves, avanzar peligrosamente con el ejército por el Norte y llevar la campaña en tierra, o intentar salvar lo que se pudiera de la flota y marchar con ella a Asia Menor y confiar el ejército a Canidio que se retiraría por Macedonia a su encuentro. Cleopatra era partidaria de la segunda opción que fue la que se tomó. Para ello era necesario llevar a cabo una batalla naval con la que se pudiera romper el bloqueo. Como no contaba con hombres suficientes para tripular todas las naves, Antonio quemó los pesados cargueros y las pequeñas naves de guerra excesivamente lentos y se quedó con 240 naves contra las 400 de Octavio. El tesoro fue colocado en la nave de la reina. Los senadores huidos de Roma fueron situados en la escuadra egipcia. Antonio ordenó que no se retirasen las velas de las naves, como era habitual en los combates navales. Estas decisiones, llevadas en secreto para no desmoralizar a sus aliados, y que sólo conocían sus más estrechos colaboradores, indican que se proponían escapar del bloqueo para, más tarde, reorganizar sus efectivos.

El 2 de septiembre del año 31 a. C, tras cuatro días de tempestad, cerca del mediodía se levantó una suave brisa. Las tres alas de la flota zarparon hacia alta mar, en apretadas filas, para forzar la barrera de las naves de Octavio. La escuadra de Cleopatra navegaba en la retaguardia. Agripa fingió replegarse y Publícola (del bando de Antonio) rompió el frente, al perseguirlo.

Agripa dio media vuelta bruscamente y atacó la flota enemiga que quedó dispersada. La escuadra de Cleopatra aprovechó la brecha para izar las velas y navegar a alta mar. Antonio la siguió a bordo de un quinquerreme y dio orden a sus naves de seguirle. Únicamente un centenar de ellas logró escapar.

Al poco tiempo, Antonio alcanzó la nave de Cleopatra y subió a bordo. Permaneció tres días en la proa, hasta la llegada al cabo Tenaro, sin hablar palabra, apoyando la cabeza entre las manos (Plutarco). En Tenaro se detuvieron en espera de los barcos que les habían seguido, como habían acordado de antemano. La depresión de Antonio se explica si se tiene en cuenta que había perdido más de la mitad de la flota.

La derrota de Actium no fue aplastante, pero Octavio y sus partidarios, sin embargo, la presentaron como un triunfo glorioso en una guerra justa, la victoria de la virtud romana sobre la depravación oriental, al tiempo que difundieron la historia de que Cleopatra había traicionado a Antonio y éste a sus hombres. Los historiadores antiguos culparon a Cleopatra del desastre. Según Plutarco, la huida de Antonio se debió a su amor por la reina, que le hizo olvidar su dignidad y honor. Todo ello, desmoralizaría al ejército que, al no tener esperanza de cobrar su paga y obtener tierras en Italia de Antonio, no tardaría en pasarse a Octavio.

En Tenaro, Antonio y Cleopatra se enteraron del desastre sufrido por la flota. Al poco llegó Canidio con la noticia de que el ejército, sobornado por Octavio, se había rendido, como antes lo hiciera el de Lépido. Poco después, marcharon hacia Paretonio, en el extremo occidental de Egipto. Cleopatra desde allí partió a toda vela hacia Alejandría. Cuando Antonio se disponía para ponerse al frente de las cuatro legiones estacionadas en Cirenaica, se enteró de que también se habían rendido a Octavio.