В начале октября корабли союзников вышли в море и у гавани Лепанто в заливе Патраикос встретились с силами турецкого флота под командованием Али-паши, у которого было 210 галер и 66 галиотов.
В начале сражения (6 октября) шесть венецианских галеасов, выдвинутых перед фронтом галер, артиллерийским огнем расстроили боевой порядок турецкого флота, который не имел даже артиллерии. Это вынудило турецкого главнокомандующего идти на абордаж первой линии союзных кораблей. Однако преимущество здесь также было на стороне союзников, встретивших турок, вооруженных лишь холодным оружием и луками, огнем из аркебузов.
К концу сражения турецкий флот потерпел полное поражение, потеряв 224 корабля, из которых 117 было захвачено союзниками. Потери войска дона Хуана не превышали 15 галер. Из неволи было спасено 12 тысяч христианских рабов, томившихся в турецкой неволе. Сражение у Лепанто стало «лебединой песней» галерного флота. Оно показало, что турецких моряков можно побеждать. Однако на сам ход войны победа при Лепанто не повлияла. Антагонизм, царивший между членами Священной лиги, помешал им довести разгром Турции до конца и позволил туркам построить новый флот и удержать остров Кипр.
Победители вернулись в Мессину, и скоро Филипп II охладел к борьбе на Востоке, занявшись другими делами. Он очень подозрительно смотрел на своего младшего брата, стремившегося к самостоятельному положению.
С испанской эскадрой дон Хуан осенью 1573 года высадился на африканский берег, взял Тунис и разрушил Бизерту. Он уже составил план создания здесь собственного государства и надеялся в этом на помощь папы, также желавшего преобразования Триполи в христианское государство, королем которого стал бы дон Хуан. Однако когда дон Хуан обратился к Филиппу II с просьбой признать его королем Туниса, то получил от своего брата не только отказ, но и приказ снести стены Туниса. Король не желал тратить свои силы и средства на защиту такого отдаленного города.
