Um exército comandado por Caxias seguiu para o Uruguai em setembro de 1851. Os aliados decidiram dividir suas forças em dois exércitos: um multinacional, que tinha apenas uma divisão brasileira, e outro composto totalmente de brasileiros e comandado por Caxias. Apesar das objeções de Honório Hermeto, ele escolheu Manuel Marques de Sousa (futuro Conde de Porto Alegre) para liderar a divisão dentro do primeiro exército. Caxias havia ficado amigo de Marques de Sousa, que tinha servido sob seu comando em 1839 durante a Revolução Farroupilha. A divisão de Marques de Sousa, junto com as tropas rebeldes uruguaias e argentinas, invadiu a Argentina. Na Batalha de Monte Caseros em 3 de fevereiro de 1852, os aliados derrotaram o exército liderado por Rosas, que fugiu para o Reino Unido, encerrando a guerra. Caxias havia passado o dia 17 de janeiro a bordo da fragata "Dom Afonso", junto com John Pascoe Grenfell, fazendo reconhecimento da capital argentina Buenos Aires, a fim de selecionar o melhor lugar para lançar um ataque anfíbio. Seus planos foram abortados com a chegada da notícia da vitória em Monte Caseros. Como recompensa por seu papel, Caxias foi promovido a tenente-general em 3 de março e elevado a marquês em 26 de junho.