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.
