Zunächst bekämpfte Cato die Ambitionen Caesars und des Pompeius, der ebenfalls eine dominierende Stellung im Staat zu erlangen versuchte, mit politischen Mitteln. Als jedoch Caesar 49 v. Chr. militärisch gegen den Senat rebellierte und den Bürgerkrieg begann, verbündeten sich die Optimaten notgedrungen mit Pompeius, der als bewährter Feldherr nun zur Hauptstütze der Republik wurde. Nach der Niederlage des Pompeius, der Caesar in der entscheidenden Schlacht von Pharsalos unterlag, zog sich Cato mit einem Teil der restlichen republikanischen Streitmacht nach Nordafrika zurück. Dort war er maßgeblich an der Organisation des weiteren Widerstands gegen Caesar beteiligt, weigerte sich aber, den Oberbefehl zu übernehmen. Am 6. April 46 v. Chr. wurde das Heer der Republikaner in der Schlacht bei Thapsus vernichtend geschlagen. Darauf nahm sich Cato das Leben, um der Gefangennahme zu entgehen.