Ekspedycja wyruszyła z Navidad na zachodnim wybrzeżu Meksyku w listopadzie roku 1564, by – po krótkim postoju na Guam – dotrzeć w lutym roku następnego na Cebu, gdzie została założona pierwsza stała osada hiszpańska na Filipinach.
1 czerwca 1565 Urdaneta, na pokładzie statku „San Pedro” dowodzonego przez wnuka Legazpiego (Felipe de Salcado), wyruszył na wschód celem odnalezienia drogi powrotnej do Meksyku. Stałe wiatry zachodnie oraz pomyślny prąd Kuro Siwo znaleźli dopiero na wysokości wyspy Hokkaido, skąd pożeglowali wprost ku wybrzeżom Kalifornii, którą osiągnęli na wysokości dzisiejszego miasta Santa Barbara. Stamtąd, trzymając się linii brzegowej, statek dotarł 18 września 1565 roku do Acapulco.
Urdaneta planował powrót na Filipiny, ale zimą zapadł na zdrowiu. Zmarł w mieście Meksyk w roku 1568. Był drugim żeglarzem, który pokonał Pacyfik z zachodu na wschód; kilka tygodni wcześniej zawinął do Acapulco inny statek tej samej ekspedycji, „San Lucas” dowodzony przez Alonza de Arellano. W związku z tym jednak, że tylko Urdaneta prowadził w czasie żeglugi dokładne zapiski nawigacyjne, jego droga była wykorzystywana w późniejszych latach przez hiszpańską Srebrną Armadę (tzw. „Manila Galleon”).