Im Jahre 1864 kommandierte er die österreichische-preußische Flotte im Kampf zwischen dem Deutschen Bund und Dänemark. Im Krieg zwischen Dänemark, Preußen und Österreich blockierten die dänischen Schiffe die meisten deutschen Häfen. Obwohl die dänische Marine stärker war, wurde Tegetthoff mit seiner Flotte am 9. Mai 1864 bei dem Seegefecht vor Helgoland sehr erfolgreich. Auch wenn die dänische Flotte weniger Schaden und Verluste erlitt und obwohl Tegetthoff sich wegen eines Feuers auf seinem Schiff aus dem Gefecht ziehen musste, erreichte er einen strategischen Sieg und einen Moralerfolg für die österreichische Marine. Die Dänen unterbrachen nämlich den Angriff und verfolgten die feindlichen Schiffe nicht, denn sie würden somit in die britische Territorialgewässer segeln. Gleichzeitig hoben sie auch die Blockaden auf. Nach dieser Erfolgsaktion wurde Tegetthoff zum Konteradmiral befördert. In dieser Zeit fing er an, mit der Baronin Emma von Lutteroth aus Triest zu korrespondieren. Die Baronin blieb bis zu seinem Tod seine Freundin und Vertraute.