Steyns anfängliche Versuche, eine Rebellion der Afrikaaner in der Kapkolonie zu initiieren, schlugen fehl und nach der Schlacht von Modder River begab er sich auf Bitte Krugers kurzzeitig persönlich ins Feld, um die zu diesem Zeitpunkt als wankelmütig eingeschätzte Moral der Freistaatstruppen zu stärken. In der Folge der Einnahme Bloemfonteins durch britische Truppen am 13. März 1900 setzte Steyn den Kampf dann dauerhaft als Guerillaführer bis zum Ende des Krieges im Mai 1902 fort. In einer Wandlung seiner ursprünglich mäßigenden Haltung war er nun fest entschlossen, sich keinesfalls den Briten zu ergeben. Am 6. November 1900 bei Bothaville und im Juli 1901 bei Reitz konnte Steyn zweimal nur knapp seiner Gefangennahme durch die Briten entgehen, während sein Verbündeter Transvaal im Verlauf des Konflikts zunehmend zu Verhandlungen mit den durch massive Truppenverstärkungen nunmehr übermächtig erscheinenden Briten tendierte. Steyn verblieb bis zuletzt mit dem Befehlshaber der Freistaatstruppen, General Christian De Wet, im Feld und schloss sich mit diesem im März 1902 den Resten der Kommandos des Transvaals unter General Koos de la Rey an, bis die Aufnahme von Friedensverhandlungen mit den Briten im April 1902 unvermeidlich wurde. Er nahm an Vorverhandlungen in Klerksdorp mit dem britischen Verhandlungsführer Lord Kitchener teil, bei denen er ebenso beständig wie vergeblich auf die Beibehaltung der Unabhängigkeit der Burenrepubliken als Bedingung für Frieden pochte. Auf Grund seiner geschwächten Gesundheit trat er vor der Unterzeichnung des Friedens von Vereeniging am 31. Mai 1902 zurück und beauftragte General De Wet mit der Unterschrift. Mit dem Ende des Oranje-Freistaats als unabhängige völkerrechtliche Entität endete auch formal Steyns Präsidentschaft.