l538 senesi kişinin sonlarına doğru Kanunî, vezirlere kendi masrafları ile hazırlayıp teçhiz etmelerini emreylediği l50 gemi henüz hazır değilken, Barbaros Hayreddin Paşa'ya denize açılmasını emreder. Bu arada Andrea Doria'nin Girit'e geldiği haberini alan Barbaros, 40 gemi ile 9 Muharrem 945 (7 Haziran l538) günü İstanbul'dan hareket edip Akdeniz'e açılır. Kendisine 3.000 yeniçeri ile deniz ümerâsından olan bazı sancakbeyleri (Kocaeli Beyi Ali Bey, Teke sancağı Beyi Hürrem Bey, Seyda sancak Beyi Ali Bey ve Alâiye Beyi Mustafa Bey) katılmışlardı.
Bilindiği gibi, Ege Denizi'nin kontrolü bakımından oldukça önemli olan Girit, o dönemlerde Venediklilerin elinde bulunuyordu. Barbaros komutasındaki Osmanlı donanması, Ege'de bazı hareket ve fetihlerde bulunduktan ve İstanbul'dan bekledigi 90 gemi ile Salih Reis'in Mısır'dan getirdikleri de kendisine iltihak ettikten sonra Girim'e uğrayarak adanın bazı mevkilerine asker çıkarır. Donanma daha sonra Preveze'ye yönelmek için buradan ayrılır. Bu esnada Rodos civarındaki bazı adalara da uğrar. Donanma Modon açıklarında iken Andrea Doria'nin Preveze'ye zapta çalıştığı, fakat sonradan kuşatmayı kaldırarak müttefik Haçlı donanmasının harekat üssü olarak kararlaştırdığı Korfu'ya çekildiği haberi gelir.
Gerçekten, Barbaros'un Ege ve Akdeniz'deki faaliyetleri, Şarlken'i harekete geçirmişti. Papa da Osmanlılar'ın aleyhinde ittifak yapılması hususundaki çalışmalarına hız vermişti. Osmanlılar'ın, Ege'deki bu harekâtı üzerine Korfu'da toplanan Venedik donanmasına, Alman, İspanyol, Portekiz, Malta, Ceneviz ve Papalık gemileri de yardıma gelecekti. Bu ittifaktan dolayı öyle bir donanma toplanmıştı ki, tarih, o zamana kadar bu büyüklükte bir donanmaya şâhid olmamıştı. Bu durumu haber alan Barbaros, bir kesif kolu göndererek düşmanın durumunu öğrenir. O, bu kadarla da edinmeyecek gönderdiği bir iki gönüllü gemisi ile "kâfir yakasına gönderip dil (esir)" aldırmış ve bunları Boğdan seferinde bulunan Pâdişah'a göndermişti. Müttefik bir donanma meydana getiren düşmanın durumunu öğrenen Barbaros, Preveze'ye doğru hareket eder. Emrinde l22 kadar gemi vardı. Andrea Doria'nin idaresindeki Haçlı donanmasının savaş yapabilen (savaş gemisi) gemi mevcudu ise 302 idi. Bunlardan l62'si kadırga idi. Bu gemilerde 2500 top ve 60.000 asker vardı. Su halde şayi itibariyle Osmanlı donanması düşmana nazaran üçte bir oldugu gibi top itibariyle de on altıda birdi. Bundan başka Barbaros idaresinde bulunan Osmanlı donanmasında 8.000 cenkçi askere karsı müttefiklerin gemilerinde forsalar hariç altmış bin asker bulunuyordu. Asker, silah ve gemi üstünlüklerine mağrur olan Haçlı reisleri, kudretlerinin azameti karsisinda zaferden o kadar emindiler ki, kısa bir müddet sonra gerçekleşecek olan galibiyet ve başarılarının meyvelerini peşin olarak yani daha savaş başlamadan önce paylaşmışlardı.
24 Eylül l538'de Preveze önlerine gelen Barbaros, harp vaziyeti alır. Bir gün sonra Preveze önlerine gelen Doria da Barbaros'un bulunduğu yerin iki mil açığına demir atar. Andrea Doria, Barbaros'u Preveze'den çıkarıp savaşa girmeye mecbur etmek için 27 Eylül'de İnebahti'ya hücumda bulunmak üzere harekete geçer. Ayni günün sabahı Osmanlı donanması da Korfu istikametinde harekete geçmişti. Güneş yükseldiğinde müttefik Haçlı donanmasının komutanı olan Doria, Osmanlı donanmasını arkasında görüp şaşırır. Bu şaşkınlığı ile savaşa girip girmeme hususunda tereddüdüler geçirir. Bu şaşkınlığından biraz kurtulduktan sonra harp vaziyeti alır. İki taraf Ayamavra Adası'nın bati kıyısında üç dört mil açıkta karsı karsıya gelirler. Bunun üzerine Barbaros, alınacak tedbirleri kararlaştırmak üzere harp meclisini toplar. Sonra da donanmaya harp nizami aldırır.
Bu muharebede Osmanlı donanması hilâl seklinde tertibat alır. Arkada Turgut Reis idaresinde ihtiyat kuvvetleri bulunuyordu. Osmanlılar'ın hilâl nizamına karşılık Haçlı donanması, borda nizami almış ve birbiri arkasında üç saf teşkil etmişti. Bu sırada rüzgârın güneyden esmesi, Osmanlılar için büyük bir tehlike meydana getiriyordu. Bunun üzerine Barbaros Hayreddin Pasa, Katip Çelebi'nin ifadesine göre Kur'an-i Kerim'den âyetleri yazdırdığı varakları (sayfaları) derya yüzüne serptirip Cenab-i Hakk'a tazarru ve niyazda bulunur. Duası ind-i İlâhî'de kabul olunmuş ocak ki, rüzgâr hafifleyip yön değiştirir. Katim Çelebi, Tuhfetu'l-Kibâr fi Esfari'l-Bihar adli eserinde yukarıdaki ifadelerine şunları da ilâve eder: " Bu kıssadan hisse sudur ki, serdar olanlar, yalnız esbaba-i cismaniye itibar etmeyip, kadir oldukları kadar ruhanî sebeplere de riâyet etmelidirler." diyerek muharebelerde mânevî kuvvetin ihmal edilmemesi gerektiğine işâret eder. Rüzgârın bu sekilde yön değiştirişi, manevra kabiliyeti az olan düşman gemilerinin hareketlerini yavaşlatır.
Barbaros, gemilerini kıvrık bir hançer (hilâl) seklinde yan yana dizerek savaş düzeni alır. Sağ kanat komutanlığını Turgut Reis'e, sol kanadınkini de Sâlih Reis'e vererek kendisi ortada yer alır. Düşmanın sayıca üstünlüğü karsisinda bir yarma harekâtına girişen Barbaros, müttefik Haçlı filosunun gerilerine kadar ilerler. Büyük bir hayret ve şaşkınlıkla Osmanlı donanmasının kendisini çevirdiğini gören Doria, ancak ertesi gün (28 Eylül) donanmasını harekete geçirebilir. Böylece, büyük bir bozguna uğratılan müttefik donanmasının otuz altı teknesi ele geçirildiği gibi 2l75 de esir alınır. Bu savaşta Türk donanmasının kayıpları ise oldukça azdı.