Poco después obtiene una victoria estratégica sobre la flota británica en la Batalla de la Bahía de Chesapeake el 5 de septiembre de 1781. Luego de un furioso encuentro de tres horas y cuando ambas flotas se estaban alejando de la bahía de Chesapeake y perdiéndose de vista entre sí, de Grasse -manteniendo su insignia en el "Ville de Paris" y teniendo como segundo a Louis-Philippe de Vaudreuil en el "Spectre"- ordenó a su fuerza naval retornar a la bahía donde estaban las tropas que debía proteger, esperando al mismo tiempo reunirse con la flota del conde de Barras, que debía llegar desde el norte, de Newport. Esta flota combinada superó en número a la británica y dio a los franceses el control de la bahía de Chesapeake, que los británicos decidieron no atacar. Como resultado de estas acciones el ejército inglés de Lord Cornwallis quedó privado de refuerzos y de provisiones, lo que llevó al Sitio de Yorktown y a su rendición.