El 1º de mayo, la Argentina, Brasil y Uruguay firman el Tratado de la Triple Alianza.

La formación de un ejército de 25.000 hombres es aprobada por el Congreso Nacional. Urquiza, que apoya a Mitre, inicia con poco éxito una leva, logrando reunir sólo 8.000. El general paraguayo Wenceslao Robles marcha hacia el sur con 20.000, luego de tomar Corrientes. Por Misiones se desplaza otro general paraguayo, Antonio Estigarribia, con 12.000.

Paunero reconquista fugazmente Corrientes, el 25 de mayo de 1865, pero no encuentra adhesiones entre la población y se retira.

La escuadra paraguaya ataca a la brasilera en Riachuelo, el 11 de junio, y es derrotada. Robles está en Goya. Estigarribia, en la ciudad de Sâo Borja, Brasil. Avanza éste por la ribera oriental del río Uruguay, mientras que por la occidental lo hace su lugarteniente, Pedro Duarte.

El “Ejército de Vanguardia�, que estuviera a las órdenes de Urquiza y ahora manda Flores, choca contra Duarte en la batalla de Yatay (17 de agosto de 1865), venciendo ampliamente los aliados.

En septiembre, Estigarribia ha tomado Uruguayana pero se encuentra cercado allí por fuerzas muy superiores de la Argentina, Brasil y Uruguay. En el teatro de operaciones se hallan Mitre, Flores, el emperador Pedro II y el ministro inglés Thornton. Mitre, que comanda en jefe los ejércitos aliados, delega transitoriamente el mando en el general Manuel Márquez de Souza, quien condujera la división brasilera en Caseros, recibiendo luego el título de Barón de Porto Alegre. Sin presentar combate, Estigarribia se rinde, el 18 de aquel mes.

El 8 de noviembre, tropas a las órdenes de Urquiza son derrotadas junto al arroyo Toledo.

Los restos de las columnas paraguayas se repliegan a su país y, el 16 de abril de 1866, cruzan el Paraná 60.000 hombres de la Triple Alianza (33.000 imperiales, 24.000 argentinos y 3.000 uruguayos), provistos de 81 cañones. Queda en reserva una fuerza brasilera de 14.000 soldados, con 26 piezas de artillería. La escuadra del Brasil la comanda el almirante Tamandaré e incluye 9 acorazados (buques blindados mucho menores a los que hoy conocemos por tales) con 59 cañones de ánima estriada.

El desembarco tiene lugar en una zona de esteros y pantanos. No lejos se halla la fortaleza de Humaytá, poderoso bastión paraguayo. Mitre concentra sus efectivos en la loma de Tuyutí, luego de desalojar a los paraguayos de Estero Bellaco.

López ataca Tuyutí, el 24 de mayo, y sufre un duro revés. Mueren en la batalla entre 5.000 y 7.000 paraguayos; entre 4.000 y 8.000 son los muertos aliados. La diferencia en las cifras obedece a que éstas difieren sensiblemente, según se tengan en cuenta los partes de uno u otro bando. De cualquier modo, el campo queda sembrado de cadáveres. La guerra toma un sesgo terrible, ya que los paraguayos, con fuerzas menores, se baten desesperamente en su propia tierra.

Mitre se aproxima a Humaytá y, el 16 de julio, ataca las defensas de Boquerón, siendo rechazado. El asalto, que duró dos días, costó a los aliados 5.000 muertos. El 5 de septiembre, apoyados por su escuadra, los brasileños toman las fortificaciones de Curuzú.

Mitre y López se entrevistan en Yatayty Corá, el 12 de septiembre. Lleva éste uniforme de mariscal; aquél levita, chambergo y sable al cinto. No logran ponerse de acuerdo.

Días después, Mitre inicia la ofensiva contra Curupaytí, cuya conquista le permitiría lanzarse luego sobre Humaytá. Será una carga de infantería a la bayoneta, fijada para el 17 de septiembre. Pero ese día llueve y el temporal se prolonga hasta el 20. En medio del barro, 17.000 argentinos y brasileros se lanzan al ataque, el 22. La táctica prevista por Mitre consiste en llegar hasta las proximidades de las líneas enemigas y simular una retirada para intentar que los paraguayos, abandonando sus trincheras, comiencen una persecución que eventualmente les costará cara. La extravagante maniobra se lleva a cabo bajo un fuego infernal. Pero los defensores no caen en la celada. Y, al reiniciarse el ataque, se han mantenido a cubierto, diezmando las filas de los atacantes. Hay actos de coraje increíble por ambas partes. Pero Curupaytí no pudo ser tomada. Argentinos y brasileros sufren 10.000 bajas; 92 los paraguayos. Domingo Fidel (Dominguito), hijo de Sarmiento, murió en la acción, al igual que muchos de quienes formaban la flor y nata de aquella juventud argentina.