Το 1571 ο Κόζιμο συμμετείχε στην Ιερή Ένωση (Lega Santa) κατά της Οθωμανικής Αυτοκρατορίας, συντασσόμενος με την Αγία Ρωμαϊκή Αυτοκρατορία. Η Ιερή Ένωση προκάλεσε μια συντριπτική ήττα στους Οθωμανούς στη ναυμαχία της Ναυπάκτου. Κατά τη διάρκεια της βασιλιάς του Κόζιμο η Τοσκάνη είχε τον μεγαλύτερο στρατιωτικό χαρακτήρα στην ιστορία της.