El Ejército del Norte, al mando del general Manuel Belgrano a quien secundara el coronel Eustoquio Díaz Vélez en su carácter de mayor general, derrotó a las tropas realistas del brigadier Juan Pío Tristán, que lo doblaban en número, deteniendo el avance realista sobre el noroeste argentino.

Fue con ese ánimo que, el 25 de mayo enarboló en San Salvador de Jujuy la bandera que había creado meses atrás, y la hizo bendecir en la Catedral jujeña por el canónigo Juan Ignacio Gorriti.

Sin embargo, Belgrano se detuvo en Tucumán, donde la población estuvo dispuesta a sumarse al ejército.

Este gesto patriótico fue el último fundamento que la conciencia de Belgrano necesitaba para modificar una orden a todas luces deshonrosa.

Les dijo que se quedaría si su fuerza era engrosada con mil quinientos hombres de caballería, y si el vecindario le aportaba veinte mil pesos plata para la tropa, cantidades que la comisión ofreció duplicar.

Decidió ignorar por lo tanto las intimaciones del Triunvirato y hacerse fuerte allí.

Las tropas armaron campamento precisamente en el centro de la ciudad, frente al Cabildo, es decir, en la actual Plaza Independencia, que por aquel tiempo se la llamaba Plaza Mayor, y era solo un descampado sin parquizar[9]​ Los principales vecinos tucumanos fueron los encargados en alistar gentes para aumentar el número del ejército, también sumaron caballadas y proporcionaron ganado y alimento para el mantenimiento de los defensores.

Mientras tanto, el ejército realista avanzaba con dificultad, al no hallar en el terreno arrasado medios o instalaciones para cobijarse o reaprovisionarse; partidas irregulares organizadas por Díaz Vélez con los gauchos jujeños, salteños y tarijeños y el ejército de Belgrano los hostigaban constantemente.

Belgrano había dispuesto la caballería en dos alas: la derecha, al mando de Balcarce, era más numerosa –contaba con la tropa gaucha recién reclutada– que la izquierda, al mando del coronel Eustoquio Díaz Vélez.

La infantería estaba dividida en tres columnas, comandadas por el coronel José Superí la izquierda, el capitán Ignacio Warnes la central y el capitán Carlos Forest la derecha, junto a la cual una sección de Dragones apoyaba la caballería.

Lanza en ristre, avanzaron haciendo sonar sus guardamontes y con tal ímpetu que la caballería de Tarija se desbandó a su paso, retrocediendo sobre su propia infantería y desorganizándola hasta tal punto que sin encontrar casi resistencia la caballería tucumana alcanzó la retaguardia del ejército enemigo.

Mientras tanto, al otro lado del frente el resultado era muy distinto: pese a la presencia del mismo Belgrano, el avance de caballería e infantería de los realistas fue imparable, tomando prisionero al coronel José Superí.

Sin embargo, la firmeza de la columna central permitió a los patriotas recuperar terreno y recobrar a Superí, pero los avances desiguales fraccionaron el frente, haciendo la batalla confusa, incomprensible para sus comandantes y dejando en buena medida las acciones a cargo de los oficiales que encabezaban cada unidad.

El general inmediatamente ordenó la marcha hacia la ciudad para conectarse con Díaz Vélez, quien había asegurado el triunfo de los patriotas.

El jefe realista contestó, rechazando la oferta, que "las armas del rey no se rinden".

A continuación se replegó con todo su ejército hacia Salta, mientras 600 hombres al mando de Díaz Vélez le hostigaba su retaguardia en su huida al norte, logrando tomar muchos prisioneros y rescatar también algunos que habían hecho las tropas realistas.

Moldes y Holmberg abandonaron el Ejército por desinteligencias con Belgrano, pero se le sumó Juan Antonio Álvarez de Arenales, con quien Belgrano emprendería el 12 de enero la marcha hacia Salta, donde los realistas se habían hecho fuertes.

El triunfo tuvo también importantes consecuencias políticas, por cuanto Belgrano –que contaba con la simpatía de la Logia Lautaro– había derrotado al invasor contrariando las disposiciones del gobierno y demostrando el acierto de los opositores, cuando pedían auxilios para remitir al Ejército del Norte.

A los tres días de conocerse la noticia, el Primer Triunvirato fue derribado.

El Segundo Triunvirato concedió a los integrantes del ejército el uso de un distintivo con la inscripción: