A frota otomana era numericamente mais forte, mas a Santa Liga prevalecia pelo número de armas. Além disso, a infantaria cristã era composta quase inteiramente de arcabuzeiros, que, depois de atingirem o inimigo, deixavam o arcabuz para empunhar a espada. Os turcos faziam largo uso de arcos curvos, mas as couraças e os elmos usados ​​pelos cristãos constituíam uma considerável protecção contra as flechas.
A batalha durou cinco horas e decidiu-se no centro do alinhamento, onde os navios-almirante bateram com os esporões uns nos outros, formando um campo de batalha flutuante em que se sucederam ataques e contra-ataques até que o regimento escolhido de arcabuzeiros da Sardenha conseguiu lançar o ataque decisivo. Ali Paxá foi atingido de morte e, sobre o Sultana, foi amainada a meia-lua e hasteada a bandeira cristã.
Pela primeira depois de um século, o Mediterrâneo tornou-se livre. A partir deste dia, iniciou o declínio do Império Otomano.
Na tarde desse mesmo dia, Pio V, que multiplicara as suas orações Àquela que sempre auxiliara os cristãos nas horas dramáticas da cristandade, examinava os relatos com alguns prelados.
De repente, foi visto a levantar-se, a aproximar-se da janela, fixando o olhar como estático, e, depois, regressou em direcção aos prelados, exclamando: “Não nos ocupemos mais de afazeres, mas vamos agradecer a Deus. A frota cristã obteve a vitória”.
Duas semanas depois, na noite entre 21 e 22 de Outubro, chegou a Roma um mensageiro enviado pelo Núncio em Veneza, Facchinetti, com a notícia da grande vitória. O Papa, acordado a meio da noite, desatou a chorar de alegria, pronunciando as palavras do velho Simeão: nunc dimittis servum tuum Domine (…) quia viderunt oculi mei salutare tuum. Ao romper do dia seguinte, o som dos sinos e o canto do Te Deum anunciaram a vitória ao povo romano.
O rei de Espanha, Filipe II, assistia às vésperas quando um fidalgo da Casa Real se aproximou dele para lhe comunicar, em voz baixa, que acabara de chegar um mensageiro que trazia a notícia da vitória. O rei de Espanha permaneceu impassível, no seu genuflexório, e continuou a rezar até ao fim do ofício divino. Depois, anunciou a notícia aos presentes, dispondo que, na manhã seguinte, fosse celebrada uma Missa pelas almas dos que morreram na batalha.