Το πρωινό της Κυριακής 7 Οκτωβρίου 1571, οι στόλοι της Ιερής Συμμαχίας και των Τούρκων βρέθηκαν αντιμέτωποι δυτικά της εισόδου του Κορινθιακού, σε δύο τεράστιες σειρές που εκτείνονταν σχεδόν έξι χιλιόμετρα. Ο τουρκικός ήταν στραμμένος δυτικά με την πλάτη προς την ηπειρωτική Ελλάδα και αρχικά με τον άνεμο ούριο. Ενώ ο στόλος της Ιερής Συμμαχίας έβλεπε προς την ανατολή. Ο αριθμός των εμπλεκομένων πλοίων –διακόσια οκτώ της Συμμαχίας και διακόσια πενήντα ένα τουρκικά– ήταν ο μεγαλύτερος που είχε λάβει ποτέ μέρος σε ναυμαχία.
Με μια τακτική καινοφανή για τις έως τότε ναυμαχίες, ο δον Ιωάννης τοποθέτησε τις γαλεάσσες μόνες περίπου τρία τέταρτα του μιλίου (γύρω στα χίλια τριακόσια μέτρα) μπροστά από τη γραμμή του και σε απόσταση μισού περίπου μιλίου μεταξύ τους. Υπήρχαν έξι γαλεάσσες στον στόλο του, και οι τέσσερις ήταν τοποθετημένες έτσι ώστε να προστατεύουν το αριστερό άκρο και το κέντρο της διάταξης. Οι άλλες δύο αρχικά προορίζονταν να προστατεύουν τη δεξιά πλευρά του αλλά, όπως θα δούμε, τελικά συμμετείχαν στην ναυμαχία. Οι γαλεάσσες θα χρησιμοποιούνταν ως πλωτές πλατφόρμες για το πυροβολικό. Τα κανόνια τους είχαν μεγαλύτερο βεληνεκές από των Τούρκων, κι έτσι μπορούσαν να βάλλουν πριν μπορέσουν αυτοί ν’ αντεπιτεθούν – εάν ο επιτιθέμενος στόλος περνούσε μπροστά από τις γαλεάσσες εκθέτοντας τα πλευρά του, θα υφίστατο μεγάλη ζημιά.
Σε μια δεύτερη καινοτομία, ο Ιωάννης ο Αυστριακός αφαίρεσε το τεράστιο ακρόπρωρο από τις γαλέρες. Παραδοσιακά τα χρησιμοποιούσαν για να εμβολίσουν τα αντίπαλα πλοία, αλλά καθώς το πυροβολικό των πλοίων είχε εξελιχτεί αποτελούσαν πια εμπόδιο, περιορίζοντας το οπτικό πεδίο του εμπρόσθιου πυροβολητή και αναγκάζοντας τον να βάλλει ψηλά προς τα ξάρτια του αντιπάλου αντί για το σκαρί.
Γύρω στις δέκα και μισή, μετά τις πρωινές προσευχές και των δύο παρατάξεων, η ναυμαχία ξεκίνησε με τη συνηθισμένη πρόκληση, μία άσφαιρη βολή από τη ναυαρχίδα του Αλή Πασά «Σουλτάνα», την οποία απάντησε μία βολή από τη ναυαρχίδα του δον Ιωάννη «Λα Ρεάλ». Η ναυμαχία εξελίχτηκε σε τρία ξεχωριστά μέτωπα. Στην αριστερή πτέρυγα του στόλου οι γαλεάσσες κατάφεραν να ανακόψουν την τουρκική επίθεση και τα συμμαχικά εξώθησαν τα τουρκικά προς την ακτή. Ο άνεμος ήταν αρχικά ανατολικός αλλά τώρα στράφηκε σε δυτικό ευνοώντας τη Συμμαχία, γεγονός που αποδόθηκε σε θεία παρέμβαση. Στην εμπλοκή αυτή σκοτώθηκε ο διοικητής των συμμαχικών δυνάμεων αλλά ούτε ένα τουρκικό πλοίο δεν γλίτωσε τη βύθιση ή την αιχμαλωσία.
Στο κέντρο, όπου βρίσκονταν αντιμέτωποι ο δον Ιωάννης και ο Αλή Πασάς, οι δύο εμπρόσθιες γαλεάσσες αποδείχτηκαν και πάλι αποτελεσματικές, ενώ κατόπιν οι ναυαρχίδες ενεπλάκησαν σε μάχη πλοίο με πλοίο. Η «Σουλτάνα» του Αλή Πασά εμβόλισε τη «Λα Ρεάλ» του Ιωάννη και ακολούθησε μάχη σώμα με σώμα στα καταστρώματα. Μια μάχη πεζικού στην θάλασσα. Έγραφε ένας σύγχρονος:
Η μάχη ξεκίνησε με τεράστια ορμή και μανία, και τόση αντάρα, που έλεγες πως όχι μόνο έσκιζαν οι δύο γαλέρες η μία την άλλη, αλλά και η ίδια η θάλασσα βρυχόταν διαμαρτυρόμενη για το ανατριχιαστικό πανδαιμόνιο, σηκώνοντας αφρισμένα κύματα στη μέχρι τότε ήρεμη επιφάνειά της, και οι άντρες από τη βουή δεν άκουγαν ο ένας τον άλλον, και ο ουρανός χάθηκε από το βλέμμα τους μέσα στους μαύρους καπνούς από τις φωτιές.
Ο δον Ιωάννης κραδαίνοντας με τα δυο του χέρια ένα σπαθί, τραυματίστηκε στον αστράγαλο, έναν τραυματισμό τον οποίο ισχυριζόταν ότι δεν είχε καταλάβει, ενώ ο Αλή Πασάς σκοτώθηκε. Και σε αυτό το μέτωπο η Συμμαχία θριάμβευσε.
Αρχικά τα πράγματα δεν πήγαιναν καλά για τη δεξιά πτέρυγα της Ιερής Συμμαχίας, επικεφαλής της οποίας ήταν ο Ντόρια. Δεν είχε προστατευτικές γαλεάσσες· καθώς ο στόλος έπλεε από τα βόρεια για να λάβουν θέση μάχης τα πλοία, ο Ντόρια είχε να κάνει μεγάλη πορεία, και οι αργές γαλεάσσες θα τον καθυστερούσαν. Ίσως επειδή είχε προβλέψει ότι οι Τούρκοι θα προσπαθούσαν να τον κυκλώσουν και οι βαριές γαλεάσσες δεν θα βοηθούσαν σε μία μάχη που απαιτούσε ευελιξία. Επιπλέον ο στόλος του υστερούσε πολύ αριθμητικά, με πενήντα πλοία να αντιμετωπίζουν πάνω από εκατό τουρκικά. Με τέτοια αριθμητική υπεροχή ο τούρκος διοικητής Ουλούτς Αλί κατάφερε να εξαπλώσει τον στόλο του νότια προς τα αριστερά απειλώντας να υπερκεράσει τη δεξιά πτέρυγα του Ντόρια, να στραφεί και να του επιτεθεί –με τον άνεμο ούριο πια– από πίσω. Ο Ντόρια κινήθηκε κι αυτός νότια για να αποτρέψει μια τέτοια εξέλιξη, με αποτέλεσμα να αφήσει κενό ανάμεσα στην πτέρυγα του στόλου του και του κέντρου της Συμμαχίας, στο οποίο επιτέθηκε ο Ουλούτς Αλί. Ο Ντόρια επικρίθηκε σφοδρά για την απόφασή αυτή, αλλά ήταν σίγουρα η σωστή. Ένα κενό στα αριστερά του μπορούσε να καλυφτεί από τα συμμαχικά πλοία του κέντρου και από τα υποστηρικτικά, όπως και έγινε, ενώ ένα άνοιγμα στα δεξιά του ίσως οδηγούσε στην περικύκλωση και τη βέβαιη ήττα του. αλλά τώρα πια ο Ουλούτς Αλί είχε αντιληφθεί πως το κέντρο και η δεξιά πτέρυγα των Τούρκων είχε καταρρεύσει· εγκατέλειψε τη μάχη πλέοντας βόρεια προς τη Λευκάδα και από εκεί στην Πρέβεζα. Ο θρίαμβος της Ιερής Συμμαχίας είχε ολοκληρωθεί.
Ένας Ισπανός που έλαβε μέρος στη ναυμαχία της Ναυπάκτου περιγράφει τη σφαγή ως εξής:
Η μεγαλύτερη μανία της μάχης διήρκεσε σχεδόν τέσσερις ώρες και ήταν τόσο αιματηρή και φρικτή που η θάλασσα και η φωτιά φαίνονταν ένα, πολλές τούρκικες γαλέρες καίγονταν ίσαμε το νερό και η επιφάνεια της θάλασσας, κόκκινη από το αίμα, ήταν καλυμμένη από οθωμανικές στολές, τουρμπάνια, φαρέτρες, βέλη, τόξα, ασπίδες, κουπιά, κουτιά, κιβώτια και άλλα χαλάσματα της μάχης, και πάνω απ’ όλα με πολλά ανθρώπινα κορμιά, χριστιανούς και Τούρκους, άλλους νεκρούς, κάποιους πληγωμένους, κάποιους κομματιασμένους και κάποιους άλλους που δεν είχαν ακόμη παραδοθεί στη μοίρα τους και πάλευαν στα νερά με την επιθανάτια αγωνία τους, η δύναμή τους να χάνεται με το αίμα που έρεε από τις πληγές τους σε τέτοιες ποσότητες που η θάλασσα είχε γίνει κατακόκκινη, αλλά παρά το μαρτύριο οι άντρες μας δεν συγκινήθηκαν για να λυπηθούν τον εχθρό. Αν και ικέτευαν για βοήθεια, τους πυροβολούσαν με αρκεβούζια και τους τρύπαγαν με δόρατα.
