Еще до того, как был одобрен план высадки в Галлиполи, Королевский флот решил попытаться прорваться через оставшиеся без поддержки Дарданеллы. Командующий британским Королевским флотом в Эгейском море вице-адмирал Сэквил Карден сообщил Черчиллю, что Дарданеллы могут быть взяты, если удастся выделить достаточно кораблей для проведения трехступенчатой операции: во-первых, следовало нейтрализовать турецкие форты, охраняющие вход в проливы, затем провести разведку минных заграждений и, наконец, осуществить прорыв в Мраморное море. После одобрения Военным советом и неохотного согласия лорда Фишера, план Кардена был утвержден в качестве первого этапа Дарданелльской кампании.
Морская операция была достаточно рискованной. На всем своем протяжении от входа и до места впадения в Мраморное море канал был защищен турецкими укреплениями на европейском или азиатском берегах. Вход в него был шириной всего 4 км, затем он расширялся до 6,5 км, но через 22 км вверх по течению сужался всего до 1,6 км. Подходы защищали минные заграждения и пара фортов, однако главные оборонительные позиции размещались в районе сужения канала, где находились 72 орудия, не считая торпедных аппаратов. Наиболее эффективной защитой, однако, являлись батареи 152-мм гаубиц, размещенные на обоих берегах и способные создать достаточно плотный огонь. Следовательно, необходима была нейтрализация и батарей, и минных заграждений, и провести ее следовало достаточно быстро, чтобы предотвратить усиление береговой обороны.
19 февраля 1915 года Карден начал атаку на устье Дарданелл, использовав 12 крупных боевых кораблей, разделенных на три группы — одну французскую и две английские. Обстрел начался на большом расстоянии, и хотя Карден отправил три корабля несколько ближе к противнику, их встретил сильный ответный огонь. Стало ясно — чтобы заставить форты замолчать, флот должен приблизиться в ним и подавить их батареи. Плохая погода задержала возобновление операции до 25 февраля, когда заместитель Кардена вице-адмирал Джон де Робекк повел флот в ближний бой, стремясь подавить батареи, оборонявшие вход в канал. Турецкий и немецкие гарнизоны отошли, и десантные отряды Союзников разрушили огневые позиции. 2 марта Карден сообщил, что надеется быть в Константинополе примерно через две недели.
Это был чрезвычайно оптимистичный прогноз. Турки вернулись и отбросили десантные отряды, а мобильные гаубицы оказалось слишком трудно сделать добычей для огня орудий главного калибра флота. Гаубицы обстреливали минные тральщики, отправленные разминировать канал, и, поскольку их невозможно было подавить до того, как минные заграждения будут расчищены, тральщикам приходилось действовать под сильным огнем. Гражданские экипажи малых кораблей, большая часть которых была траулерами, отказались выходить в море. 13 марта экипажи траулеров были укомплектованы военными моряками-добровольцами, но почти все они, кроме двух, были выведены из строя огнем береговых батарей. После того, как Черчилль выразил недовольство по поводу постоянных задержек в проведении операции, Карден был заменен на посту командующего флотом вице-адмиралом де Робекком. Однако операция уже проходила совсем не так, как планировалось.
18 марта 1915 года де Робекк предпринял генеральную атаку. В определенной степени это был своего рода возврат в прошлое. Современные морские бои велись на больших расстояниях, однако в данном случае наблюдатели, находившиеся на высотах на берегу могли видеть все «поле боя». При ярком свете де Робекк ввел первую группу кораблей в канал, к минному полю у мыса Кефез и начал обстрел фортов у Чанака и Келид-Бара с расстояния около 13 км. Форты не могли открыть ответный огонь, но береговые стационарные мобильные батареи были в состоянии поддерживать достаточно плотный огонь и повредили надстройки на некоторых кораблях. Первая группа включала в себя четыре самых мощных корабля: «Королева Елизавета», «Агамемнон», «Лорд Нельсон» и «Инфлексибл». Через 90 минут де Робекк ввел в бой вторую группу, включавшую французскую эскадру адмирала Эмиля Гепрата.
Гепрат с энтузиазмом воспринял новое задание и сразу же стал действовать чрезвычайно активно. Во главе своей эскадры он прошел сквозь английскую группу и обрушил на береговые укрепления в районе сужения настольно сильный артиллерийский огонь, что ответный огонь практически прекратился. Незадолго до 14:00 де Робекк приказал отдать французам сигнал об отходе, а третьей группе начать наступление. Минные заграждения Французы развернулись, чтобы отойти, но столкнулись с неожиданной угрозой — минной позицией из 20 мин, установленных параллельно азиатскому берегу. «Буве» подорвался на мине и затонул в течение двух минут практически со всей командой. В 16:00 — после вступления в проливы третьей группы де Робекка — вперед выдвинулись шесть минных тральщиков, чтобы разведать другие минные заграждения. Однако мобильные гаубицы вновь открыли огонь и, несмотря на усилия военных кораблей в канале, им удалось отогнать минные тральщики.
Вскоре после того, как минные тральщики ушли, «Инфлексибл» наткнулся на мину недалеко от того места, где затонул «Буве», и был серьезно поврежден. Вскоре после этого на мину наскочил «Ирресистбл». Он потерял управление, а его команда была снята эсминцами. Не имевший точных данных о том, отчего пострадали корабли, де Робекк приказал свернуть атаку. Он приказал коммодору Роджеру Кейсу с эсминцем «Изнуряющий» спасти команду «Ирресистбла», а также двух других оказавшихся в бедственном положении кораблей — «Оушн» и «Свифтшур». «Оушн» был расколот взрывом — вероятно, также после столкновения с миной — и у него оказалось повреждено управление. Его команда была эвакуирована, и Кейс ушел. И «Ирресистбл», и «Оушн» позднее затонули.
Несмотря на понесенные потери, Кейс был убежден, что сражение выиграно, и новая атака пройдет успешно. Возможно, он был прав, поскольку турецкие пушки к этому времени израсходовали более половины своих боеприпасов, а также все снаряды для орудий большого калибра, которые могли повредить линкоры противника. Хотя англо-французский флот потерял три корабля, и еще три были на пути к Мальте для ремонта, к нему прибыло подкрепление из четырех британских и двух французских линкоров. Таким образом, общие силы флота не пострадали, но ни у де Робекка, ни у Уэмисса не было полной уверенности в том, насколько адекватно Кейс оценивает ситуацию, также они с подозрением относились к его агрессивной позиции. В то же время командиры сухопутных частей (например, Уильям Бидвуд, командир АНЗАКа) всегда придерживались той точки зрения, что Дарданеллы нельзя взять в ходе исключительно военно-морской операции. С этим был полностью согласен и Йен Гамильтон, прибывший в Средиземное море, чтобы принять командование вооруженными силами.
Де Робекк отказался от плана новой морской атаки 22 марта. С этого момента центр тяжести кампании окончательно сместился с флотской операции к операции армейской (наземной). У командования войск Антанты не было информации о том, что запасы боеприпасов на турецких батареях истощились. Было лишь убеждение Кейса в том, что вполне можно одержать победу, возобновив морские атаки, в этом случае сухопутные войска смогли бы избежать тех тягот, которым им суждено было подвергнуться.