In der entscheidenden Seeschlacht bei Actium (2. September 31 v. Chr.) befehligte Sosius den linken Flügel der Flotte des Antonius und rückte mit seinen Schiffen, vielleicht durch die Windverhältnisse gezwungen, als Erster gegen die Flotte Octavians vor. Unter großen Verlusten gelang Antonius und Kleopatra der Durchbruch; viele ihrer Schiffe konnten jedoch nicht entkommen und wurden versenkt oder kapitulierten. Nach der Schlacht hielt sich Sosius einige Zeit versteckt, wurde aber später gefangen genommen und nur auf Bitten des Lucius Arruntius (der das Zentrum der Flotte Octavians kommandiert hatte) begnadigt.