Sa convalescence achevée, Sérurier obtient un commandement à Livourne mais il est heureux d’apprendre par un courrier du quartier général qu’il est rappelé à l’armée. Le , il reprend la direction du siège de Mantoue à la place de Kilmaine, tombé malade à son tour. Le corps de siège comprend à cette époque hommes répartis en deux divisions commandées par les généraux Dumas et Dallemagne. Les 14 et , Bonaparte défait l’armée impériale du général Alvinczy à la bataille de Rivoli et lui inflige des pertes considérables. Pendant ce temps, une colonne de secours des Impériaux dirigée par le général Provera tente de porter secours à la garnison de Mantoue et livre bataille aux Français sous les murs de la ville le . Une sortie de la garnison menée par le général Sebottendorf rencontre d’abord du succès avant d’être refoulée par les troupes françaises de Victor. Simultanément, à La Favorite, Sérurier avec hommes tient Provera en échec et l’empêche de faire sa jonction avec les défenseurs de Mantoue. À deux heures de l’après-midi, Provera, totalement encerclé, se rend à Sérurier avec hommes, 22 canons, un équipage de ponts et un convoi d’approvisionnement. Par la suite, Sérurier entre en conflit avec le général Dumas, furieux d’avoir été rabaissé au rang de simple divisionnaire après avoir commandé des armées de la République. Ne se sentant pas reconnu à sa juste valeur, Dumas adresse une lettre de protestation abusive au général Berthier, chef d’état-major de l’armée d’Italie, et est destitué de ses fonctions par Bonaparte. Le , le général Wurmser entame des pourparlers avec Sérurier en vue de la capitulation de Mantoue, qui devient effective le avec la signature de la convention de reddition par les deux généraux. Wurmser, son état-major, ses généraux, 700 soldats et six pièces d’artillerie sont autorisés à regagner le Saint-Empire mais le reste de la garnison, soit hommes, prend le chemin de la captivité.