Voor de tweede tocht (1626-1627) werd Hein door de WIC op 28 maart 1626 benoemd tot admiraal en kapitein-generaal, met het militaire opperbevel van alle Nederlandse activiteiten in Amerika. Hij zou alleen ondergeschikt zijn aan Boudewijn Hendrickszoon, de Generaal ende Opperhooft van West-Indiën. In mei vertrok hij met een hulpvloot van negen schepen naar Cuba waar Hendrickszoon zich met de hoofdvloot bevond. Op 27 augustus vernam hij dat de laatste op 2 juli was overleden. Hein verplaatste zich naar de zuidpunt van Florida in de hoop dat alle Nederlandse vloten zich daar zouden verenigen om de Spaanse zilvervloot te onderscheppen. Op 9 september passeerde die inderdaad, maar Hein was nog niet versterkt zodat hij moest berichten: Het doet mij wee daer op gaan duinckend [denkend] soo schone occasy voorbij hebbe moeten gaen door het manckement van assestentie.
Hij zou ook nog deelnemen aan een succesvolle aanval op Rio de Janeiro samen met Willekens in 1626, maar na een dispuut over wie de leiding zou hebben, gingen de twee uit elkaar en voer Willekens terug naar Amsterdam.
Nadat Hein nog steeds geen contact had gemaakt met de andere vloten, vertrok hij naar Brazilië. De heersende winden maakten een enorme omweg noodzakelijk: de vloot voer eerst over de noord terug naar de Azoren, bereikte van daaruit in januari 1627 Sierra Leone en stak op 19 januari vanuit Afrika over naar de Braziliaanse kust die op 25 februari in zicht kwam. Met zijn negen schepen was hij te zwak om Salvador te heroveren, maar hij viel een vloot van 26 Portugese schepen aan die op de rede lag en veroverde alles. Zijn eigen vlaggenschip, de Amsterdam, raakte echter vast op een zandbank en werd in de nacht door de forten wrak geschoten, zodat de bemanning het zelf maar in brand stak om te voorkomen dat het in handen van de vijand zou vallen. Hein raakte in dit gevecht gewond door een musketschot in de linkerarm. Negen schepen werden prijsgenomen; de andere zeventien verbrand. Tot de buit behoorden 2564 kisten suiker en 1172 huiden. Twee slavenschepen die uit Angola aankwamen, werden ook prijsgemaakt; de slaven werden vrijgelaten op het eiland Itaparica, hoewel Hein ze tot zijn leedwezen niet tegen scheurbuik had kunnen behandelen, omdat hij geen citrusvruchten had kunnen vinden.
Hierop splitste Hein zijn vloot om met verschillende smaldelen zuidelijker de verschillende Braziliaanse havens te teisteren. Zelf viel hij tussen 10 en 18 juni Salvador weer aan en organiseerde sloepenaanvallen tegen Portugese schepen die in kreken verborgen lagen. Opnieuw viel hem een rijke buit aan suiker in handen; één keer bleek een Portugees schip de terugweg afgesneden te hebben. Hein viel het aan en verbrandde het, zodat de uitweg weer vrij was.
Op 25 augustus begon Hein op de Hollandia en vergezeld door vijf andere schepen de terugtocht naar Nederland. Op 26 oktober verscheen hij onverwacht voor de Kamer van de WIC te Amsterdam om meteen verslag te doen. Opnieuw kreeg hij van de Staten-Generaal een gouden ereketting en opnieuw was er geen grote publieke belangstelling voor zijn verrichtingen, ondanks een speciale herdenkingsprent door graveur Hessel Gerritszoon.