Urquiza cuenta con sus propias tropas entrerrianas, que forman el “Ejército del Litoral”, y con el “Ejército del Centro” que ha reunido Derqui: 16.000 hombres en total. Las fuerzas de Mitre, que incluyen guardias nacionales, algunos mercenarios contratados en Europa y cierto número de lanceros indios, suman entre 14.000 y 18.000 hombres. Urquiza confía en su caballería; Mitre en sus infantes. El primero tiene 32 cañones y 2 coheteras Congreve; el segundo, 42 piezas. 8 vapores para Mitre, 5 para Urquiza.

A las 2 y media de la tarde del día 17 de septiembre de 1861, comienza la batalla de Pavón a orillas del arroyo del mismo nombre, paralelo al del Medio. Y ocurre que esta batalla es tan confusa como lo fuera la de Cepeda. En un momento dado, Urquiza parece dueño del campo, no obstante lo cual ordena tocar retirada y se marcha al tranco de sus jinetes. Como Mitre en Cepeda, Virasoro y López Jordán, oficiales federales, se tienen por victoriosos. Pero Urquiza prosigue su retirada, pasa por Rosario y se embarca en San Lorenzo rumbo a Entre Ríos.

Mitre avanza hasta Rosario y ocupa la ciudad, el 11 de octubre. Allí se detiene, si bien desde Buenos Aires le exigen que continúe la ofensiva, invadiendo Entre Ríos. No ceder a esa exigencia imprudente da lugar a una situación paradójica: Mitre, que fuera recibido por los porteños como triunfador después de perder en Cepeda, es recibido como un derrotado luego de ganar Pavón.