Wykorzystując swoją prowincję do zbudowania siły militarnej i politycznej, sprzymierzył się z innymi prowincjonalnymi wodzami i w 1851 roku wzniecił rewoltę przeciwko Rosasowi, pokonując go w bitwie pod Caseros (3 lutego 1852). W sierpniu 1852, jako tymczasowy dyktator Argentyny, poprowadził kongres konstytucyjny w Santa Fe, który w 1853 roku wprowadził konstytucję wzorowaną na amerykańskiej. Konstytucja została zaakceptowana przez wszystkie prowincje, jedynie Buenos AIres nie wstąpiła do nowo utworzonej konfederacji od razu, a dopiero w 1859 roku. Urquiza jako prezydent negocjował m.in. traktat z WIelką Brytanią, Francją i USA, który pozwolił portom argentyńskim otworzyć się na światowe rynki handlowe .