I 1770 ble han utnevnt til kommandør av den russiske flåten som ble sendt til angrep mot Det osmanske riket under Den russisk-tyrkiske krig (1768-1774). Under ledelse av Orlov sikret den russiske flåten seg en rekke seire, og i 1771 utslettet den nesten hele den osmanske flåten i slaget ved Çeşme.