В такой сложной ситуации интендант-губернатор Куйо начал формировать Андскую армию. Для её содержания вносились добровольные пожертвования, суды заменяли обычные наказания контрибуцией, местные испанцы обязывались дать принудительный заём в размере 18 тысяч песо, вводились налоги на капиталы религиозных братств, реквизировались денежные богатства монахов-мерссдариев. Сам губернатор из своего годового жалованья в 3 тысячи песо половину отдавал «для нужд родины».
Генерал Сан-Мартин лично разработал план перехода освободительной армии через вершины Анд. Он потребовал от правительства предоставить ему 4 тысячи солдат и 60 тысяч песо, а также снарядить эскадру военных кораблей для действий у тихоокеанского побережья Южной Америки. Ядром Андской армии стал 11-й батальон «Союзников Чили» под командованием Лас Эраса, посланный в Мендосу правительством Буэнос-Айреса. Вскоре под командование Сан-Мартина стали поступать новые батальоны, роты, эскадроны и артиллерия.
19 января Освободительная армия Сан-Мартина выступила в поход. Под командованием латиноамериканского полководца находилось 4 тысячи человек: 3 тысячи пехотинцев, 700 гренадеров, 250 артиллеристов, не считая 1200 добровольцев-милисьяно из Куйо. Переход совершался одновременно через несколько горных перевалов. 8 февраля две главные колонны Андской армии сошлись близ чилийского города Чакабуко.
12 февраля под этим городом произошло первое большое сражение Андской армии с испанскими войсками за освобождение Чили. Победа была одержана благодаря таланту Сан-Мартина и его сподвижника О'Хиггенса, командовавших армией освободителей, разделённой в сражении на два фланга. Испанцы отступили к городу Сантьяго, победители начали их преследование только через несколько дней, поскольку большая часть из 1200 обозных лошадей пала под артиллерийским огнём, была искалечена или потеряла подковы.
14 февраля 1817 года Андская армия с триумфом вступила в чилийскую столицу Сантьяго. Ассамблея страны избрала Верховным правителем Чили Бернардо О'Хиггенса после того, как Сан-Мартин отклонил подобное предложение. Во время национальных торжеств офицеры его армии получили почётные титулы Отцов Родины.
Вскоре испанцы были разбиты и на юге Чили в сражении при Гавилане. Решающая битва освободительной армии с испанскими войсками произошла 5 апреля 1818 года на равнине при Майпу. Генерал Сан-Мартин имел под своим началом 9 тысяч человек. 6 тысячами испанских роялистов командовал генерал Осорио. Сан-Мартин первым атаковал правый фланг неприятеля, бросив в атаку часть своих войск по лощине, которая разделяла равнину на две части. Испанцы были наголову разбиты — они потеряли тысячу человек убитыми и 2350 человек пленными. Победители — свыше тысячи человек убитыми и ранеными. Чилийская кавалерия преследовала бежавших роялистов.
Победа в сражении при Майпу принесла Чили полную независимость от Испании. Та уже не была в состоянии оказать ни политическое, ни военное давление на свою бывшую богатую американскую колонию.
Освободив Чили, генерал Хосе де Сан-Мартин предпринял поход в Перу, где испанцы имели значительные военные силы. 20 августа 1820 года его армия покинула чилийские берега на 8 военных кораблях эскадры (1600 членов экипажа) адмирала Кокрейла и взяла курс на Перу. Освободительная армия состояла из 6 батальонов пехоты, 2 кавалерийских полков и 2 батальонов артиллерии. Всего под знамёнами Сан-Мартина находилось 4430 солдат и офицеров. Начальником армейского штаба был назначен генерал Хуан Грегорио Эрас, отличившийся в боях на юге Чили.
Высадка в портовом городе Писко прошла удачно. Испанский вице-король Перу предложил начать мирные переговоры, которые не дали результата. После этого Сан-Мартин начал активные боевые действия. Он поднял на восстание против испанцев креолов и индейцев в горной части страны, всячески стимулируя партизанскую войну. Вскоре весь север Перу оказался в руках повстанцев.
В начале 1821 года армия генерала Хосе де Сан-Мартина вплотную подошла к Лиме, столице испанских вице-королей в Америке. В июне того же года вице-король Ла Серна вывел из города свои войска и сосредоточил их в горном районе страны. Там они продержались, так и не получив помощи из Испании, до 1824 года, пока не были уничтожены генералом Сукре из армии Симона Боливара.
Перу была провозглашена независимой республикой. Хосе де Сан-Мартин был удостоен титула Протектора свободы Перу, то есть стал главой государства. В июле 1822 года он встретился с Симоном Боливаром, освободившим от испанцев северную часть Южной Америки. После этой встречи Сан-Мартин сложил с себя обязанности протектора и отплыл из Лимы в Сантьяго, но долго в Чили не задержался. После получения известия о смерти жены он уехал в аргентинский город Мендосу и через три года вместе с дочерью отбыл в Европу. Там он жил сперва в Лондоне, затем в Брюсселе и в одном из парижских пригородов.
