Francisco Solano López abandonó su nueva posición y decidió replegarse rumbo a Asunción del Paraguay para defender la línea del arroyo Pikisirí, a 130 km al sur de Asunción y 200 al norte de Humaitá, estableciendo su nuevo cuartel general en Lomas Valentinas.
Finalmente el 3.º Cuerpo brasileño inició el avance mientras que por el río subió una división de la escuadra para acompañar la marcha.
El general argentino, priorizando la rapidez en las operaciones proponía mantener una división en Palmas aferrando el frente paraguayo mientras el grueso se trasladaba río arriba a San Antonio desde donde marcharía al sur.
De acuerdo a sus instrucciones Caballero ocupó su nueva posición en la margen izquierda del arroyo Avaí.
[1] En ese punto, el Avay corre en el centro de un gran valle limitado por dos extensas colinas.
Al tener noticias del despliegue paraguayo y decidido a aprovechar el error de sus adversarios, Caxias ordenó el avance.
Por su parte, el ejército argentino dejó sus cuarteles en Palmas y tomó posiciones frente a la línea del Pykisirí.
Fuera por carecer de avanzadas que percibieran el movimiento enemigo o por otra razón, Caballero no solo no decidió retirarse sino que no tomó medida alguna en previsión de la maniobra que, teniendo en cuenta las fuerzas empleadas y el terreno favorable, acabarían previsiblemente por cercarlo y dejarlo expuesto a una batalla de aniquilamiento.
Al mando del mayor paraguayo Bernal el regimiento 8 efectuó una furiosa carga de caballería sobre los batallones 9 y 15 que intentaban trepar la colina consiguiendo desbandarlos y herir al comandante del 15, Lima Silva.
Caxias se puso entonces a la cabeza de las tropas del 2.º cuerpo y de su artillería mandadas por el general Luis Mena Barreto y se lanzó sobre la izquierda paraguaya mientras ordenaba al general Bittencourt que lo siguiera con la reserva.
La caballería argentina mantuvo la presión mayor sobre la línea enemiga durante el resto del día, hasta que la acción en Avaý estuvo asegurada.
Sobre la marcha se le incorporó en retirada el batallón 22 (comandante Oviedo), única unidad que sobrevivió a la acción de Avaý, y al conocer la derrota, Escobar dio parte y recibió la orden de replegarse.
En palabras del oficial y pintor argentino José Ignacio Garmendia (1841-1925), «Aquello no fue una batalla sino una horrible carnicería».
Dos días después, entre 150 y 200 prisioneros fugados aprovechando la negligente guardia brasileña, consiguieron también llegar al cuartel general paraguayo.
Los brasileños tomaron también como 300 mujeres, que fueron tratadas horriblemente, llegando a ser objeto del más feroz desenfreno: