Sultan II. Murat'ın gösterdiği ihtimam neticesinde Osmanlı Donanması, Trabzon-Rum İmparatorluğu'nu denizden tehdit edecek kadar kuvvetlenip, deniz harekâtına alışmıştı. Yıldırım Beyazıt döneminde Karesi Beyliği gemilerinden de istifade edilerek, Rumeli’ye geçildikten sonra yapımına 1390 yılında başlanan Gelibolu Deniz Üssü'nün 1401 yılında tamamlanması ile birlikte "Kaptan-ı Derya" terimi de Osmanlı Deniz Kuvvetleri'nde ve devlet hiyerarşisinde yerini almıştır. Kaptan-ı Deryalık (Deniz Kuvvetleri Komutanlığı) makamı ilk kez bu dönemde kurulmuş ve Saruca Paşa Türk Tarihi'nin ilk Kaptan-ı Derya'sı olmuştur. Bu dönemde Gelibolu, Çanakkale Boğazı ve Marmara’yı korumada önemli roller üstlenmiş; aynı zamanda Osmanlı Ordusu'nun Rumeli Seferleri’nde ileri üs görevi yapmıştır. Bir çok ünlü Türk Amirali gibi, iki büyük deniz haritacısı Piri Reis ve Ali Macar Reis de Gelibolu’da yetişmiştir. Gelibolu Tersanesi'nde Fatih Sultan Mehmet’in İstanbul’u fethine kadar 150 parça gemi inşa edilmiştir. Ünlü Türk Bilgini İbn-i Kemal tarih kitaplarında Gelibolu’yu şöyle tasvir etmektedir: "Gelibolu’da doğan çocuklar timsah gibi su içinde büyürler. Beşikleri ecel tekneleridir. Sabah ve akşam gemilerin silistre avazesiyle (sesiyle) uyurlar."

Osmanlı İmparatorluğu genişledikçe, Anadolu’daki Türk Beylikleri’nin etkileri kaybolmuş ve bu beylikler Fatih Sultan Mehmet (1451-1481) döneminde tamamen İmparatorluk sınırlarına dahil olmuştur. Beyliklerdeki denizci karakter, bir anlamda Akdeniz’e kök söktürecek güçlü Osmanlı Donanması'nın doğal alt yapısını oluşturmuştur. Osmanlı İmparatorluğu, bu beyliklerin denizcilik birikimi, üs ve liman kolaylıkları ve tersanelerinden önemli ölçüde istifade etmiştir. Fatih Sultan Mehmet Osmanlı Donanması'nı ateşli silahlarla teçhiz ederek ona stratejik bir boyut kazandırmıştır.

Osmanlı Donanması, İstanbul’un fethi’nden sonra atağa kalkmış ve Türk Denizciliği, tarihinin en parlak dönemine girmiştir. Zaferler Yüzyılı olarak adlandırılan bu döneme (1453-1571) Türk denizciliği, hem askeri denizcilik hem ticaret filoları hem de deniz bilimleri açısından damgasını vurmuştur.

Bu konuda Katip Çelebi’nin yapmış olduğu değerlendirme, deniz stratejisi açısından tarihi belge niteliği taşımakta ve dönemin devlet adamlarının ileri görüşünü ve jeopolitik dehasını ortaya koymaktadır: "Gizli değildir ki bu Osmanlı Devleti’nin en büyük dayanağı olup şanına iş güç edinip, önem verilmek ön sırada bulunan deniz işleridir. Zira bahtı gelişen devletin revnak ve ünvanı iki denize ve iki karaya (Akdeniz ve Karadeniz, Anadolu ve Rumeli'ye) hükmetmektedir. Bundan başka, Osmanlı Ülkesi’nin çoğu adalar ve kıyılar olduğundan, hele saltanatın yöresi, yani İstanbul’un velinimetinin iki deniz olduğundan şüphe yoktur."

Fatih Sultan Mehmet'in 1453 baharında gemileri karadan yürüterek İstanbul’u fethetmesi aslında Osmanlı Devleti’nin stratejik açıdan Deniz Kuvvetleri'ne verdiği önemin de bir göstergesidir. Fatih Sultan Mehmet İstanbul’un fethi’nden sonra Karadeniz ve Ege’den sonra Akdeniz’e yöneldi. İmroz, Limni, Taşoz, Semendirek, Midilli ve Eğriboz Adaları da fethedilerek Sakız ve Sisam Adası vergiye bağlandı. Ardından Akdeniz’de korsanlık yapan Türk leventleri reislerinden Kemal Reis'in Osmanlı Devleti hizmetine girmesi, donanmaya yeni bir canlılık kattı. Akdeniz’deki deniz seferleri, İspanya sahillerine kadar uzandı. Sultan II. Bayezid döneminde, gemicilik daha da gelişti.

Fatih Sultan Mehmet’in 1455 yılında Kasımpaşa’da kurmuş olduğu İstanbul Tersanesi (Tersane-i Amire) uzun yıllar dünyanın en büyük tersanelerinden birisi olarak tüm yabancı ülkelerin hayranlığını kazanmıştır. Sultan II.Bayezid döneminde (1481-1512), Burak ve Kemal Reis'ler denizleri kullanmada gösterdikleri maharet ve deniz savaşlarındaki kahramanlıkları ile büyük saygınlık kazanmışlardır. 1495 yılında inşa edilen ve "Göke" adı verilen iki büyük gemi bu dönemin eseridir. Türk Deniz Tarihi’nin en büyük bilim adamlarından biri olan ve özellikle kartografi çalışmaları ile tüm dünyada büyük yankılar uyandıran Piri Reis 1513 ve 1528 yıllarına ait iki ayrı dünya haritası yapmıştır.

Piri Reis'in Dünya Denizcilik Tarihi’ne diğer bir hediyesi de 1521 ve 1525 yıllarında iki kez yayınladığı ünlü, "Kitab-ı Bahriye" adlı kılavuz kitabıdır. Bu emsalsiz çalışmada, usta bir gözlem ile Ege ve Akdeniz her açıdan incelenmektedir.

Yavuz Sultan Selim’in Mısır’ı fethetmesi ile Kızıldeniz ve Hint Okyanusu da Türk Denizciliği'nin ilgi alanına girmiştir. Yavuz Sultan Selim’in Mısır’a yönelik kara harekatında Osmanlı Donanması çok büyük lojistik destek sağlamıştır. Yavuz Sultan Selim’in başarıları ve Osmanlı İmparatorluğu’nun Kuzey Afrika’da bir güç merkezi haline gelmesi, Akdeniz’de bağımsız olarak faaliyet gösteren Türk ve Müslüman denizcileri Osmanlı Devleti ile kaynaştırmıştır.

Yavuz Sultan Selim denizlerde büyük bir güç olmadan Osmanlı Devleti’nin Kuzey Afrika’da tutunamayacağını bildiğinden Veziri Piri Mehmet Paşa'ya şu emri vermiştir: "Hristiyan ülkeler denizi gemilerle örtüyor ve benim sularımda Papa’nın, Fransa ve İspanya Kralları’nın sancakları dalgalanıyorsa bunun sebebi senin tembelliğin ve benim de hoşgörümdür. Artık çok güçlü bir Donanma'ya sahip olma zamanı gelmiştir.. Büyük bir Donanma istiyorum.."

Bu söz, artık kabına sığmayan ve bütün dünyayı ilgi alanına almış bir Devlet'in denizcilik alanındaki fikri alt yapısının gelişmesinde ve çok güçlü bir deniz gücü oluşturulmasında kilit rol oynamıştır. Öncelikle büyük bir ihtimamla İstanbul’daki tersanelerin kapasiteleri artırılmış ve denizcilik eğitimi daha akademik boyutlarda ele alınarak denizciliğin yaygınlaştırılıp kurumsallaştırılması çalışmaları yapılmıştır. Cezayir'de dünyanın en büyük hristiyan devleti İspanya'ya kök söktüren ve yaptığı savaşlarda onbinlerce İspanyol askerini öldüren ve 70.000 Endülüslü'yü İspanyol zulmünden kurtarıp gemilerle Kuzey Afrika'ya taşıyan Barbaros Hayrettin Paşa ve beraberindeki leventlerin Osmanlı Devleti'ne katılma arzusu da kabul edilerek Türk Denizciliği'ni zirveye taşıyacak gelişmelerin önü açıldı. Sultan Selim’in Barbaros Hayrettin Paşa'ya hediye olarak gönderdiği som sırma ayetler yazılı yeşil sancak ve flandra ise sürekli olarak Donanma'nın sancak gemisinde Osmanlı İmparatorluğu’nun gücünün ve denizcilik bilincinin bir sembolü olarak okyanuslarda şerefle dalgalandı.