Dưới triều Lý, Hoàng tử Lý Nhật Quang - con trai thứ 8 của vua Lý Thái Tổ, đã đem thủy binh vào cửa Thị Nại để giúp Chiêm Thành dẹp loạn. Mộc bản sách Đại Nam nhất thống chí, quyển 9, ghi lại sự việc này như sau: “Bấy giờ, có bộ lạc ở Chiêm Thành làm phản, vua Chiêm Thành cầu viện, quân của vương (Lý Nhật Quang) đóng ở dưới núi Tam Tòa, vua Chiêm Thành đón rước. Bộ lạc Chiêm Thành được tin, đều đến cửa quân sụp lạy và cam đoan xin theo lệnh vua Chiêm, không dám hai lòng. Vương đem quân về, người Chiêm Thành nhớ công đức, bèn lập đền thờ ở dưới núi Tam Tòa”.Dưới triều Lê, đặc biệt là thời vua Lê Nhân Tông và Lê Thánh Tông, cửa biển Thị Nại tiếp tục chứng kiến nhiều trận đánh lớn giữa quân Đại Việt và quân Chiêm Thành. Mộc bản sách Đại Nam nhất thống chí, quyển 9, mặt khắc 29, 30 ghi: “Sử chép năm Thái Hòa thứ 4 (1446), đời Lê Nhân Tông, đánh Chiêm Thành, Bình chương Lê Thụ và Thiếu phó Lê Khắc Phục kéo quân đến các xứ Ly Giang và Cổ Lũy, mở thông đường thủy, đắp thành bảo, đánh tan được quân giặc. Thừa thắng đến cửa biển Thị Nại, vây thành Chà Bàn, bắt được chúa Chiêm Thành là Bí Cai. Đời Lê Thánh Tông, khoảng giữa năm Hồng Đức, đánh Chiêm Thành, tiến quân đánh thành Thị Nại, bắt được chúa Chiêm Thành là Trà Toàn”.Và kể từ thời vua Lê Thánh Tông trở về sau, đến đời chúa Nguyễn Phúc Thuần, cửa biển Thị Nại trong gần 300 năm được gió yên sóng lặng. Tuy nhiên, chiến tranh Tây Sơn - Nguyễn Ánh (1787 - 1802), đã biến cửa biển Thị Nại nhiều lần trở thành chiến trường khốc liệt trong thế trận giằng co giữa 2 bên. Cụ thể vào các năm như Nhâm Tý (1792), Quý Sửu (1793), Kỷ Mùi (1799), Canh Thân (1800) và đặc biệt là trận chiến năm Tân Dậu (1801).
Theo giáo sĩ Le Labousse, quân của chúa Nguyễn có tới tám ngàn người thiện chiến, thủy quân của chúa thì vượt hẳn thủy quân của các nước Âu Châu đồn trú tại Ấn Độ bấy giờ. Ngoài các chiến hạm do ba sĩ quan chỉ huy và một do chính chúa Nguyễn điều khiển, chúa còn 40 chiếc làm theo kiểu bản xứ trong số đó có 5 chiếc mang được mỗi chiếc 46 khẩu đại bác, 18 chiếc khác mang được từ 20 đến 26 khẩu. Các chiến thuyền bằng tay có tới 100 chiếc lớn và 200 chiếc nhỏ để chiến đấu trên các mặt sông.
Nơi đây tập trung gần 2.000 tàu chiến Tây Sơn, trong đó có 3 chiến hạm Định Quốc Đại Hiệu hiện đại không kém gì các chiến hạm phương Tây thời đó, mỗi chiến hạm trang bị 60 đại bác.
Tại cửa vào đầm Thị Nại, nhiều khẩu pháo hạng nặng được đặt trên hai pháo đài Gành Ráng và Phương Mai, tạo thành thế phòng thủ vững chắc cho quân Tây Sơn. Nơi đây tập trung 24.000 quân Tây Sơn do Võ Văn Dũng chỉ huy.
Theo các tài liệu lịch sử ghi nhận, đúng vào dịp Rằm tháng Giêng (tức ngày 27/2), hạm đội nhà Nguyễn bao gồm 26 chiến thuyền chèo tay lớn, 65 ghe đại bác khởi hành tiến công quân Tây Sơn ở cửa Thị Nại.
Tới tối 27/2, quân tiên phong nhà Nguyễn chặn bắt được một chiếc thuyền tuần tiễu chở Đô ty Nguyễn Văn Độ cùng đám lính tuần tra lấy được mật khẩu. Chớp thời cơ, Nguyễn Ánh sai tướng lĩnh cải trang thành quân Tây Sơn dùng 18 chiếc thuyền chất đầy hỏa khí, giả trang lẻn vào đốt thủy trại trong đầm.
Chiều 28/2, toàn hạm đội nhổ neo di chuyển về phía Thị Nại, bấy giờ quân Tây Sơn hoàn toàn không hay biết gì. Chiều tối, khi áp sát đảo Hòn Đất, Nguyễn Ánh ra lệnh cho 1.200 tinh binh đổ bộ lên bãi cát phòng thủ ngoài cửa biển. Ngoài biển, 26 thuyền do Lê Văn Duyệt chỉ huy áp sát bãi Nhạn.
Lúc này đoàn thuyền cải trang len được vào tận trong vịnh, tướng lĩnh nhà Nguyễn khai hỏa đại bác vào tháp canh thủy trại. Nghe pháo hiệu, Nguyễn Ánh hạ lệnh tổng tấn công.
Trên mặt nước, Lê Văn Duyệt chỉ huy 26 tàu bắn liên hồn lên bãi cát. Trên bộ, 1.200 quân cảm tử ém từ trước tấn công quân Tây Sơn, đánh úp diệt gọn hàng phòng thủ bên ngoài thủy trại.
Quân Tây Sơn dù bị bất ngờ nhưng phản ứng khá mau lẹ, chiến thuyền từ trong cửa vịnh bắt đầu túa ra hướng về quân Lê Văn Duyệt. Những chiến hạm Định Quốc trang bị pháo lớn nhanh chóng giúp quân Tây Sơn chiếm được ưu thế trước nhà Nguyễn. Quân Nguyễn gần như bị thất thế trước sức mạnh của lực lượng Tây Sơn , nhưng bất ngờ gió đổi chiều thổi mạnh , thủy triều bát đầu dâng có lợi cho quân Nguyễn , đến đến 12h đêm lọt vào cửa biển và đốt phá thuyền "Đại hiệu" của Tây Sơn. Lửa bén vào các chiến hạm Định Quốc được gió tiếp sức cháy lớn, chẳng mấy chốc lan ra khiến quân Tây Sơn không cách nào dập tắt kịp.
Kết thúc trận chiến, quân Nguyễn thắng trận nhưng có 4.000 quân cùng Thủy sư Đô đốc Võ Duy Nghi tử trận. Phía quân Tây Sơn mất 20.000 quân, 1.800 tàu chiến, 600 đại bác đủ cỡ. Sau trận chiến, quân Nguyễn đã làm chủ cửa biển này .
Mộc bản sách Đại Nam thực lục chính biên đệ nhất kỷ, quyển 13, mặt khắc 3, 4 còn ghi lại khá chi tiết sự kiện này.Tháng 7 năm Canh Tý (1840), vua Minh Mạng cho xây pháo đài Hổ Cơ và bảo Thị Nại ở tỉnh Bình Định. Mộc bản sách Đại Nam thực lục chính biên đệ nhị kỷ, quyển 215, mặt khắc 33 chép: “Vua nghĩ cửa biển Thị Nại nước sâu núi cao, thuyền tàu đi lại thường hay đỗ lại, cũng là chỗ địa đầu xung yếu. Phái ty bộ Công và vệ Giám thành mỗi bên 1 người đi hội với quan tỉnh xem hình thế đất ấy. Bèn chuẩn cho lập một pháo đài ở xứ Hổ Cơ, gọi là pháo đài Hổ Cơ. Lại đặt 1 bảo lắp lũy đất ở gò cát đối ngạn với pháo đài, gọi là bảo Thị Nại để chống đỡ với nhau. Sai thuê 500 dân phu xây dựng công việc ấy..
Đến tháng 10 năm ấy, sau khi đã xây dựng xong, vua Minh Mạng dụ các quần thần rằng: “Kể ra, biết tự trị thì mạnh, có phòng bị thì không lo. Nay, cửa biển Đà Nẵng ở Quảng Nam, đã đặt thêm pháo đài Phòng Hải; cửa biển Thị Nại ở Bình Định, lại mới xây pháo đài Hổ Cơ, để giữ chỗ hiểm yếu; còn đảo Côn Lôn ở Vĩnh Long; đảo Phú Quốc ở Hà Tiên, đều có đặt đồn bảo chia phái lính thú tuần phòng, để răn ngừa sự lo bất ngờ. Như thế thì ta ngăn giữ bờ biển đã có cái thế đáng sợ mà không thể xâm phạm được”.
Dưới triều vua Tự Đức, bên cạnh việc cho phái các biền binh đến canh gác ở cửa biển Thị Nại, năm Đinh Mão (1867), vị vua thứ 4 của triều Nguyễn cũng cho xây đắp pháo đài, lũy đá ở cửa biển Thị Nại.
Trải nhiều thăng trầm của lịch sử, cửa biển Thị Nại giờ đây đã trở về với vẻ đẹp, bình yên vốn có. Đến tham quan cửa biển Thị Nại, bên cạnh được thưởng ngoạn cảnh thiên nhiên hùng tráng, còn giúp chúng ta hiểu hơn về một địa danh với nhiều biến cố dữ dội một thời.