1519年9月20日麦哲伦的船队出发了，船队共有5艘，麦哲伦的旗舰是全船队吨位最大的“特里尼达”号（载重量110吨），其它还有“圣安东尼奥”号、“维多利亚”号、“康塞普逊”号和“圣地亚哥”号。船队从西班牙塞维利亚外港桑卢卡启航。

在大西洋上漂泊两个月后的11月29日，船队航抵巴西海岸累西腓城一带，然后继续南下，于1520年的1月16日到达今乌拉圭首都蒙得维亚所在地拉普拉塔河口，麦哲伦派“圣地亚哥”号进行探查，正是这十个宽广的河口而不是海峡的入口。他们继续南下，寻找绕过美洲大陆的海峡。3月31日，船队到达圣胡利安港，麦哲伦决定在这里抛锚过冬。4月1日晚，“康塞普逊”号船长、“维多利亚”号船长及原“圣安东尼奥”号船长发动哗变，控制了这三条船，虽然麦哲伦很快的把哗变镇压下去了，但对船队的打击还是巨大的。

同年8月24日，麦哲伦率船队继续出航，而此时船队中的“圣地亚哥”号已经在5月份失事沉没了。10月21日，船队驶入一海峡口，初步探查表明，这里很可能就是海峡。但问题又来了，11月1日，“圣安东尼奥”号船长哥什米经不住考验，掉头逃跑。余下的三条船决定继续前进。1520年11月28日，他们终于航行到了海峡的另一出口，到达被当时航海家称为“大南海”的太平洋。这条麦哲伦船队探寻出来的海峡就是现在的麦哲伦海峡。

经过长达一年多航海磨难的麦哲伦船队出了海峡口后，一路西行，连续航行了三个月居然没有一次暴风巨浪的袭击，感慨之余，他们便把这片大洋命名为太平洋。 1521年3月8日，他们到达菲律宾群岛的三描岛，进行了十多天的修整后，3月27日，到达马索华岛。28日晨，当地土著居民划小艇而来，麦哲伦让他的仆人亨利用马来语与土人交谈，语言相通。原来亨利是麦哲伦在征服马六甲时带回欧洲的土人，所以能用土语交流，麦哲伦明白自己已经航到了东方，他那从西方向西航行到达东方的航海计划完成了。

麦哲伦的环球航海计划的完成，使麦哲伦的殖民欲望强烈起来，他准备在菲律宾群岛的宿务岛建立殖民地，并以此作基地，征服周围地区。4月26日，麦哲伦率60名枪手前往马克坦岛，要马克坦岛臣服于西班牙，双方发生了战斗，最后麦哲伦被杀死于岛上。

5 月1日，剩余的船队人员仅存113人，“康塞普逊”号也已经残破不堪，于是他们把它烧掉，把人员集中到“特里尼达”号和“维多利亚”号上，遵循麦哲伦的航海计划向西返航。1522年9月6日，“维多利亚”号终于返回桑卢卡港，这时，全船仅由18名航员了，“特利尼达”在返航途中沉没。

麦哲伦环球航行花了整整三年的时间，损失惨重，但终于使人类认识到自己居住的地球是可以从西到东或从东到西航行的。地圆学说的胜利和最后证实是麦哲伦航海的意义所在