Nombrado comandante del Ejército del Norte el general Carlos María de Alvear, envió varias unidades y oficiales a reforzarlo. Si bien Alvear nunca pudo asumir el cargo, las tropas y oficiales se incorporaron al Ejército; entre ellos Villanueva, que se incorporó al regimiento comandado por el coronel Manuel Pagola, en carácter de oficial instructor. Participó en la tercera expedición auxiliadora al Alto Perú y combatió en las batallas de Venta y Media y Sipe-Sipe, ambas decisivas derrotas del ejército en que revistaba.