Regresó al Perú en agosto de 1863, después de ser amnistiado, y en julio del año siguiente fue nombrado cónsul en el Pará, Brasil, cargo que aparentemente no llegó a ejercer: obtuvo una licencia y viajó a Europa: El Havre, París, Londres. En 1865 retornó vía Estados Unidos —se quedó un tiempo en Nueva York—, cuando Perú está ya en pleno conflicto con España. Con el puerto del Callao bloqueado, Palma desembarca probablemente en Paita y es nombrado asistente de Gálvez, ministro de Guerra y Marina. Ambos participan, desde la torre La Merced del Callao, en el combate contra la escuadra española el dos de mayo de 1866, en el que Galvéz murió cuando una bomba, disparada desde la fragata española Almansa o desde la "Blanca", cayó en unos depósitos de pólvora. Palma se salva milagrosamente: había abandonado la torre minutos antes de la explosión.