麦哲伦环球航行路线地图（依次经过的大洋大致方向示意图）
参与环球航行的“维多利亚”号，1590年，亚伯拉罕·奥特柳斯，手绘
1520年1月12日，麦哲伦率领船队进入拉普拉塔河口，他满怀希望能在南纬40°附近找到列什波亚“发现”的那个“海峡”。
然而在恶劣的气候条件下，他从拉普拉塔湾至圣胡立安海湾，整整花了两个月时间，仍没有找到“海峡”的踪迹。
这时，他才明白那些有关“海峡”的新闻原来并不靠谱。也意味着法利罗的全部计算和他自己的论断显然是错误的。
如果没有海峡，这次远航必定是无功而返，于是，以凯萨达、卡尔塔海纳和缅多萨为首的一批船员揭竿而起，要求返航。
但麦哲伦坚信海峡的存在，他坚决镇压了要求返航的叛乱，并宣告:除非死亡，不然他就要履行誓言，一直航行到找着一定存在的海峡为止。
10月21日，历经艰辛与曲折的麦哲伦船队，终于在南纬52°突出的海岸处发现了一个新的海峡。这个海峡并不是平直的坦道，而是迂回曲折、深浅不一、沟壑纵横的迷宫。
经过海峡时，麦哲伦见海峡南岸有土著人升起的烟火，就称南岸之地为“火地”，后来确定南岸之地是座大岛后，便命名为火地岛。
麦哲伦运用熟练的航海技术，指挥船队经过28天的艰苦探索，终于在1520年11月28日走出了长达560公里、蜿蜒曲折、充满危险的海峡（后来被称为麦哲伦海峡）。
进入了巴尔博亚1513年穿过巴拿马地峡时发现的浩瀚的陌生大洋“南海”。
这时，最初的5艘船只剩下3艘了，一艘船在探航时沉没，还有一艘船脱离了船队，径自返回西班牙去了，剩下的3艘船绕过了南美洲最南端的海角，进入茫茫的太平洋中。
他们先沿今阿根廷海岸北上了一段，大约在南纬35°处，即今智利塔尔卡一带离开海岸，然后向西偏北开始了横渡。
远航途中一直风平浪静，没有遇到任何风暴、台风、暴雨等。船员们因此把“南海”改称“太平洋”。
船队中，有一位意大利维琴察小贵族皮加费塔随行并充当马来语翻译，他在旗舰“特立尼达”号上写的环航日记被保存下来。
他在日记中写道:“我们在这三个月又二十天中航行了约4000里格(1里格=3.18海里，相当于5.556公里)，穿越了一片广袤的海洋即太平洋。说真的它很平静，因为在此期间我们没有遭遇任何风暴。”
皮加费塔还感慨地说:“如果不是上帝和圣母给予我们如此好的天气，我们本来将全都饿死于那片超广袤的海洋之中。”
在横渡太平洋的航程中，船队发现了后来所称的大小两个麦哲伦星云。皮加费塔在环航日记中写道:“南极不像北极那样星光灿烂，这里看到许多星星聚集成群，就像两朵云雾。
它们之间的距离不远，并且暗淡无光。在这些星群中有两个巨大的星团，但不十分明亮，移动得也很缓慢。”
接下来，“当我们到达太平洋中心时，我们在西方看到一个由五颗星组成的十字架，非常明亮，互相规整地对应排列着挂在天上。”
一般认为，他们发现的是南十字(星)座。今日澳大利亚、巴布亚新几内亚和萨摩亚的国旗上也都有南十字座，新西兰的国旗上则有省略了ε星的南十字座。