Το Σάββατο 6 Οκτωβρίου 1912 τα ελληνικά πολεμικά πλοία με το θωρηκτό Αβέρωφ, καταφθάνουν στο Ρωμαίικο γιαλό και ο ναύαρχος Κουντουριώτης ζητά από τον Τούρκο διοικητή την άμεση παράδοση της Λήμνου. Ο Τούρκος διοικητής Μουτασαφίρης, ζητά 24 ώρες προθεσμία για να επικοινωνήσει με την Κωνσταντινούπολη, αλλά η τελική απάντηση ήταν ότι αρνείται να παραδώσει τη Λήμνο αμαχητί. Ο Κουντουριώτης πήρε πληροφορίες ότι οι Τούρκοι ετοιμάζονται για μάχη και έτσι ανέλαβε να προχωρήσει στην κατάληψη της Λήμνου την επόμενη μέρα.

Την Κυριακή 7 Οκτωβρίου ο καιρός είναι βροχερός και δυσχεραίνει τις κινήσεις του ελληνικού στόλου. Ένα ραδιοτηλεγράφημα αναφέρει ότι το πολεμικό Πηνειός περιμένει στο ακρωτήρι Τηγάνι για να συναντηθεί με το υπόλοιπο σώμα των αποβατικών. Τότε όλα τα πολεμικά πλοία πλέουν στο Μούδρο και ο Κουντουριώτης καθορίζει τη θέση απόβασης. Τελικά, η απόβαση αναβάλλεται για την επόμενη μέρα, επειδή οι στρατιώτες ήταν ταλαιπωρημένοι.

Τη Δευτέρα στις 8 Οκτωβρίου 1912 το πρωί αρχίζει η απόβαση, υπό την διοίκηση του Ταγματάρχη Ιουλιανού Κονταράτου, στη θέση Βουρλίδια κοντά στο Διαπόρι, στο χωριό Τσιμάνδρια. Το αντιτορπιλικό Δόξα πλησιάζει πολύ κοντά για να προστατέψει τις βάρκες που μεταφέρουν το στρατό. Από τα γύρω χωριά μαζεύονται οι Λημνιοί έκπληκτοι για αυτά που βλέπουν. Το αποβατικό σώμα κατευθύνεται προς τη Μύρινα μαζί με τους Λημνιούς και με επικεφαλής τον ιερέα παπά-Κώστα Αρετό από τον Κοντιά. Από το Πορτιανού άλλη μία ομάδα Λημνιών με αρχηγό το δάσκαλο, Εμμανουήλ Ιωαννίδη, ξεχύνεται στους δρόμους. Γυναίκες και άντρες με όπλα, μαχαίρια και ελληνικές σημαίες στα χέρια, κατευθύνονται προς τη Μύρινα αφού προηγουμένως αιχμαλώτισαν, χωρίς να δώσουν μάχη, μία ομάδα 50 Τούρκων χωροφυλάκων και 280 οπλισμένων Λεριανών, στον Άγιο Δημήτρη. Τελικά όσοι Τούρκοι υπήρχαν στο νησί, μαζεύτηκαν στη Μύρινα, όπου παραδόθηκαν αμαχητί και χωρίς όρους.

Σύσσωμος ο Λημνιακός λαός συγκεντρώθηκε με σημαίες ελληνικές στα χέρια στο ναό της Αγίας Τριάδας, όπου έψαλλαν την πρώτη επίσημη παλλημνιακή δοξολογία μετά από 456 χρόνια σκλαβιάς. Στη δοξολογία παραβρέθηκε ο ίδιος ο Κουντουριώτης με τους επιτελείς του. Την ίδια στιγμή το θωρηκτό Αβέρωφ με τα άλλα ελληνικά πολεμικά πλοία κατέφθανε στα γαλανά νερά του Ρωμαίικου γιαλού, προερχόμενο από τον κόλπο του Μούδρου. Στις 9 Οκτωβρίου, κάτω από τους χαιρετιστήριους κανονιοβολισμούς των ελληνικών θωρηκτών, υψώνεται στο φρούριο η ελληνική σημαία. Μέχρι το βράδυ, δύο λόχοι του 20ου συντάγματος ἐχουν ολοκληρώσει την κατάληψη της Λήμνου.

Ο Μούδρος μετατράπηκε, ύστερα από σκληρή δουλειά των πληρωμάτων, σε πολεμική βάση και έκτοτε χρησιμοποιήθηκε ως μόνιμο ορμητήριο του Στόλου μας.
«Η νήσος Λήμνος μ’ όλων των εν αυτή πόλεων, κωμών και συνοικισμών, μετά των λιμένων και ακτών αυτής κατελήφθη υφ’ ημών και διατελεί από τούδε εις την κατοχήν μας» . Με αυτά τα λόγια ο Παύλος Κουντουριώτης χαιρέτησε τους Λημνιούς.

Ο Παύλος Κουντουριώτης για να ευχαριστήσει το Θεό, που τον αξίωσε να ελευθερώσει τη Λήμνο από τους Οθωμανούς, αφιέρωσε στο ναό της Ευαγγελίστριας στο Μούδρο έναν επιτάφιο, ο οποίος υπάρχει μέχρι τις μέρες μας.
Η Λήμνος ήταν πια υπό Ελληνική κατοχή. Η τυπική όμως προσάρτηση της στο Ελληνικό κράτος, έγινε μόνο την 1-2-1914, όταν οι Μεγάλες Δυνάμεις, ύστερα από μακροχρόνιες διαβουλεύσεις, αποφάσισαν να αναγνωρίσουν την Ελληνική κυριότητα στα νησιά του Αιγαίου.

«Ογδόη Οκτωβρίου Δευτέρα το πρωί
ελληνικά βαπόρια ήρθανε στη Λήμνο το νησί
Μπροστά πάγει ο «Αβέρωφ», ξοπίσω το «Ψαρά»
πάνε να βομβαρδίσουν τον Τούρκο στα Στενά
Ο Παύλος Κουντουριώτης βάζει ολοταχώς
πάει στα Δαρδανέλια που είναι ο εχθρός
Τα ελληνικά βαπόρια στο Μούδρο αράξανε
τα είδαν οι Τουρκάλες κι αναστενάξανε»