К одиннадцати часам утра на море установился полный штиль, и обе стороны, спустив паруса, устремились в атаку на вёслах. Правым флангом турок руководил бейлербей Александрии Магомет Сирокко, центром — сам Али-паша, правым флагом — Улудж-Али. Им противостояли Джованни Дориа на правом фланге христиан, центром руководил сам Хуан Австрийский, а левым флангом — венецианец Барбариго.

В самом начале боя Улудж-Али решил охватить флот Священной лиги с фланга и зайти ему в тыл, окружив, таким образом, союзников. Джованни Дориа, уже имевший дело с пиратами, вышел из построения и устремился на перехват галер Улуджа-Али. Напрасно Хуан Австрийский пытался вернуть венецианцев обратно в строй. Ему пришлось вступать в бой фактически с оголённым правым флангом Впоследствии оказалось, что манёвры Дориа были совершенно бесполезными и только ослабили христианский флот.

В центре ударной силой христианского флота стали тяжёлые галеасы, артиллерийский огонь которых произвёл некоторое замешательство среди турок Однако Али-паша подал пример остальным, устремившись вперёд Поскольку галеасы были слишком неповоротливыми, они быстро отстали от христианского флота и в сражении участия больше не принимали.

Одновременно с этим жаркая битва завязалась между Барбариго и Магомедом Сирокко. Александрийский правитель пытался, по примеру своего коллеги, обойти флот христиан с фланга, однако потерпел поражение. Галеры смешались, и теперь главную роль играли абордажные команды, вступившие в рукопашную схватку. После нескольких часов боя христиане начали постепенно одолевать турок. Сирокко был убит. Гибель командира сломила дух турок. Их сопротивление ослабло, и одна за другой турецкие галеры стали переходить в руки христиан. Но и Барбариго не суждено было увидеть победу. Он погиб в схватке, когда исход битвы уже был предрешён.

В центре столкнулись главные силы флотов. Флагманские галеры сцепились в абордажной схватке. Поскольку всё новые и новые галеры подпирали впереди идущие, вскоре образовалось настоящее поле битвы, где основную роль играли уже не манёвры, а умение абордажных команд участвовать в рукопашной схватке. В этом отношении у христиан было несомненное преимущество. Тем не менее турки отчаянно сопротивлялись. Так, флагман Али-Паши «Фанал» дважды переходил из рук в руки, пока на помощь не пришли абордажные команды с других христианских галер.

К полудню казалось, что перевес на стороне союзников, когда Улудж-Али внезапно развернул свои силы и обрушился на правый край христианского флота, лишённый защиты из-за ошибки Дориа Но к тому времени уже была захвачена галера Али-паши, а турецкий главнокомандующий убит. Весь турецкий центр был смят, и Хуан повернул свои силы для отражения нового удара Туда же устремились резервные галеры, стоявшие позади основной линии. К тому же Дориа, осознав свою ошибку, сменил курс и стал заходить в тыл Улуджа-Али. Понимая, что его окружают со всех сторон, Улудж-Али был вынужден выйти из боя и спешно бежать. С 13 галерами он прорвался сквозь ряды союзников и вырвался в море, по пути он всё же умудрился захватить флагманскую галеру мальтийцев, перебив всю его команду, чем впоследствии реабилитировал себя в глазах султана.

Победа союзников была полной. 15 мусульманских галер было потоплено, 190 взято в плен. 12 тысяч христианских невольников-гребцов получили свободу. Потери христиан составили 7,5 тысячи убитых, не считая множества убитых гребцов, место которых были вынуждены занять оставшиеся в живых солдаты.

Победа при Лепанто принесла Хуану Австрийскому невероятную известность. По всей католической Европе служили мессы за его здравие, даже протестантские правители Европы признавали важность его побед. К несчастью, дальнейшая судьба дона Хуана весьма печальна. Филипп II отправил его воевать в Нидерланды, где он и умер 1 октября 1578 года от лихорадки.

После битвы при Лепанто турецкий флот не проводил крупных наступательных операций, однако это не означает, что прекратился морской разбой. Конечно, времена Хайреддина и Драгута навсегда минули в прошлое. Теперь пираты не отваживались месяцами осаждать Ниццу, Неаполь или Мальту. На смену полномасштабным операциям пришли мелкие разбойные рейды, которые, впрочем, не становились менее разрушительными, чем прежде. Идеалы распространения ислама, которыми ранее прикрывали простой разбой, теперь были отброшены и открылось истинное лицо мусульманского пиратства. Грабёж и захват чужого имущества — вот главная цель многочисленных морских разбойников, а религия — лишь ширма, прикрывающая этот бизнес.

Пример показал сам Улудж-Али. Сохранив свою голову преподнесением султану главного штандарта мальтийской эскадры, захваченного в сражении при Лепанто, он снова вернулся к прежним делам Более того, султан наградил его титулом капудан-паши.

Новое звание обязывало заняться восстановлением потрёпанного турецкого флота, и вскоре на верфях было построено даже больше галер и галеасов, чем турки потеряли в битве. Улудж-Али учёл печальный опыт, и теперь все турецкие корабли получили тяжелую артиллерию и огнестрельное оружие для абордажных команд К лету 1572 года было готово 250 галер, не считая множества мелких судов. Этого было достаточно для реванша за поражение при Лепанто. Однако по разным причинам, несмотря на то что оба флота снова встретились у берегов Морей, сражения так и не произошло.

Поскольку Улудж Али был занят морскими кампаниями в Адриатике, управление Алжиром было передано Ахмеду-паше. Между тем, воспользовавшись временным ослаблением турецкого флота, Хуан Австрийский провёл молниеносную операцию и в октябре 1573 года снова захватил Тунис Испанцы вновь рассекли турецкие владения в Северной Африке, отделив Алжир от Триполи. Селим II не мог допустить, чтобы испанцы и дальше расширяли свои владения за его счёт. Кроме того, в Европе сложилась коалиция против Испании, а война в Нидерландах отвлекала Филиппа II от североафриканских проблем.