麦哲伦船队离港后，向南直奔加那利群岛，在那里补充了淡水和供应品。正待启航时，忽见一只轻帆驶来，说要面见麦哲伦。原来，那些葡萄牙奸细的家属泄露了在航行中进行破坏，甚至杀死麦哲伦的消息，他的岳父得知后立刻派人送信，提醒他随时提高警惕，严防手下的船长捣乱。信中提到几个奸细的名字，特别提到“圣安东尼奥号”船长卡尔塔海纳。看了来信，麦哲伦大惊失色，但马上又镇静下来，装出若无其事的样子。
10月3日，船队离岛继续沿非洲海岸南行。为了把这个人员复杂的船队熔炼成纪律严明的适于远航的集体，麦哲伦命令各船白天看他的船旗，夜晚看他的船灯，紧随航行。每天日落时各船长须向旗舰靠拢，向其欢呼致意。为此，麦哲伦坚持每天晚上在船尾甲板上点一把火把，作为“信号灯”。还制定了信号灯语言：挂两盏灯，表明在改变航向；挂三盏灯，意味着减帆；挂四盏灯，是必须落下所有的帆……这种命令和服从关系，自然使其他船长的权限受到了挑战。
然而，以“圣安东尼奥号”船长卡尔塔海纳为首的一伙奸细，无视麦哲伦的领导，伺机生事。船队绕过塞拉利昂后，遇上了逆风恶浪，同时鲨鱼也跟随不舍，接着又是1个月的暴风骤雨，整个船队处于惊涛骇浪之中，随时都有危险发生的可能。险情过去，船队进入了赤道无风带，船只裹足不前，加之酷热的天气，船员中开始出现怨言。卡尔塔海纳趁机借事挑衅，麦哲伦在忍无可忍的情况下，立即扣押了他，并撤消其船长的职务，交给“维多利亚号”船长缅多萨看管，任命经验丰富的西班牙水手麦斯基塔为船长。
反对派的气焰暂时被压下去了，船队顺利行进。1月29日，渡过大西洋，到达南美的巴西海岸。他们在里约热内卢湾过了两周田园诗般的陆地生活，补充了淡水和供应品，修理了船体和船帆。
12月26日，船队依依不舍地离开里约热内卢湾南行，去寻找那渴望已久的海峡。两星期后，他们发现了一条很宽的向西去的水道，它正好处于地图上标示的这个海峡可能存在的地方。但这条水道越弯越窄，很快成了一条河流，即今天的拉普拉塔河。大失所望的麦哲伦认定这是地图画错了，这个海峡一定在更南的地方，可能在南方大陆的冰冻地区。
许多船员由于失望而要求返航，麦哲伦却坚决不后退。船队继续迎接险恶的风浪和阵阵冰雹驶向南半球，准备在那里度过秋天和冬天。麦哲伦每一觉只能睡上一两个小时，像其他船员一样，一连几个星期吃不上一顿热饭。3月底，麦哲伦出于对船员们的同情，决定上岸过冬，船队驶进了阿根廷南端的一个当今称为圣胡利安的海港。6个月来，他们劈恶浪，斗风雨，仍未找到海峡，换来的惟有恶劣的气候，灰色的山崖和寒冷，荒凉的海滩。这里既没有植物，也没有野兽，麦哲伦不得不下令减少每日口粮，节约食品。这一切不利的条件，使船员们的情绪普遍低落。
船队中的反对派，利用船员的低落情绪，趁机要求恢复粮食定量，或调转船头返航，或返回温暖的拉普拉塔河过冬。所有的要求都被麦哲伦严词拒绝，并坚定地宣布：除非死亡，不然他就要履行誓言，按国王的命令，一直航行到找着一定存在的海峡为止。于是，一次蓄谋已久、欲置麦哲伦于死地的哗变终于爆发了。为首的还是卡尔塔海纳，他于4月1日晚控制了3只船，想冲出海港，返回西班牙。
转眼间，麦哲伦献身了多年的事业，有可能付诸东流。面对如此紧张的局势，麦哲伦镇定自若，以迅雷不及掩耳之势，果断地平息了这次叛乱，夺回了对整个船队的控制权，紧张的气氛很快就过去了。麦哲伦立即实施了军法审判，处以凯萨达首恶分子极刑，砍头肢节4块挂到港口4个显眼的地方示众。卡尔塔海纳和一个闹事的牧师被永远放逐在这个荒凉的海湾。同时，赦免了应判死刑的40多人，以保证日后航行的顺利进行。由于麦哲伦的宽恕，这些人感恩戴德，后来忠实追随麦哲伦，患难与共。叛乱平息了，麦哲伦的远航探险事业没有半途而废，这一切均归功于麦哲伦的足智多谋、随机应变的本领和不屈不挠的精神。
漫长、阴暗的严冬还未过去，麦哲伦便命令“圣地亚哥号”向前航行考察沿岸一带。不幸的是，这只船在一次风暴中沉没，好在只有一人淹死，幸存的37人在干旱贫瘠的风蚀草原上流浪4天后获救。他们向麦哲伦报告说发现了一个更好的海港。于是8月底，剩下的4只船驶向新港，在那一直呆到10月18日。
这时南半球的春天即将来临，麦哲伦急不可待地又开始去寻找这难以捉摸的海峡。3天后，船队驶进一个宽阔的海湾，这里潮水很大，且不见有淡水。麦哲伦命令“圣安东尼奥号”和“康塞普尼翁号”先行侦察。他们在忽宽忽窄、曲折迂回的水上迷宫中探航了100多英里，断定已不再是一个河口后，高兴地调转船头，向麦哲伦报告。顷刻间，船队沸腾了，船员们疲惫的脸上露出了笑容。于是，整个船队扬帆航行在两岸高山之间。
穿过“海峡”的航行是艰难的，不仅航道狭窄，而且水流湍急，浅滩、沙滩、峡湾、汊流比比皆是，忽左忽右，时时有覆船的危险。麦哲伦运用熟练的航海技术，指挥船队小心翼翼地迂回前进，勘测海峡，缓慢前进。岸上人迹罕见，稍后才见南岸篝火通明，故称“火地岛”。
此处，有一明显的分汊流，麦哲伦派最大的一只船“圣安东尼奥号”去考察海峡南岸，其余船只靠北岸航行。约定5天后在沙丁鱼河口会合。接着，麦哲伦派部分船员乘小艇前去寻找海口。3天后，船员们高兴地回来喊着：“我们找到了！”喜讯传开，船员们个个欣喜若狂。素来坚强、谨慎、沉默寡言的麦哲伦也禁不住流下激动的泪水。
但当4只船到了会合的时候，“圣安东尼奥号”却无影无踪。船队进行了3个星期徒劳的等待和寻找，仍杳无音信。原来，这只船上的那位葡萄牙流亡海员哥米什趁探航之机，夺占了装载船队大部分库存食品，叛逃回了西班牙。这对麦哲伦无疑是个沉重的打击。更卑鄙的是，哥米什回国后，造谣中伤，恶意攻击麦哲伦，致使麦哲伦的岳父、妻子受尽折磨并监禁。可怜的麦哲伦之妻在他远航征途中便含冤九泉，两个未成年的儿子也相继离开人世。
1520年11月22日，剩下的3只船驶离沙丁鱼河口，继续穿行海峡。历尽千难万险，终于11月28日，冲出了这条长达310英里的海峡，驶进了渺无边涯的“大南海”。从此，哥伦布发现的“新大陆”已不再是不可逾越的屏障。欧洲人花了20多年寻找的海峡已经找到了，多么激动人心的时刻啊！在西边，在地平线的后面，就应是那物产丰富的香料群岛、日本、中国和印度。
为纪念麦哲伦的功绩，人们把他所发现的海峡称为“麦哲伦海峡”。这一发现使世界航海史翻开了新的一页，奠定了环球航行成功的基石。