Cinco días después llegó el ejército comandado por el general Joaquín de la Pezuela, desatándose la Batalla de Ayohuma. El ejército patriota, con 2.000 hombres y 8 piezas de artillería (a pesar de contar con 3.400 hombres, 1.400 no estaban aptos para luchar) se enfrentó a un enemigo superior: de 3.500 hombres y 18 piezas de artillería. El combate fue sangriento para los dos bandos, perdiendo el patriota, aunque no fueron perseguidos por los realistas por haber sufrido 500 bajas y un enorme desgaste. El ejército de Belgrano tuvo más de 400 muertos y 800 heridos o prisioneros y perdió toda la artillería. Como consecuencia de estas derrotas, el Alto Perú volvió al control realista y Belgrano se retiró rumbo a Jujuy. El 18 de noviembre Belgrano y Díaz Vélez llegaron a Potosí, ciudad de la que partieron al día siguiente ante la inminente llegada del ejército realista, dando la orden de hacer volar la Casa de Moneda, lo cual no fue cumplido, el día 20 llegaron a Potosí las avanzadas realistas al mando de Saturnino Castro. Muchos vecinos de Potosí y Chuquisaca huyeron hacia Salta y Jujuy, mientras que cochabambinos siguieron a Álvarez de Arenales hacia Santa Cruz de la Sierra.