In 1525 werd een volgende expeditie richting de Molukken samengesteld onder leiding van García Jofre de Loaísa. Elcano werd de tweede man. Het doel van deze expeditie, die bestond uit een vijftal schepen, was het stichten van een Spaanse handelspost om zo het Portugese monopolie op de specerijenhandel te doorbreken. Door de stormen waar de vloot onderweg mee te maken kreeg, waren bij het bereiken van de Stille Oceaan nog maar twee schepen over. Op de Stille Oceaan stierf Loaísa aan scheurbuik, waarna Elcano het commando op zich nam. Slechts 5 dagen later, op 4 augustus 1526 stierf ook Elcano aan deze ziekte. Slechts een van de schepen wist de Molukken uiteindelijk te bereiken.