Bolívar avanzó hacia el Sur, rumbo a la sierra central, apoyado eficazmente por las montoneras peruanas. En junio de 1824, arribó a Huánuco y luego siguió hacia Cerro de Pasco. A principios de agosto de 1824, Bolívar concentró sus fuerzas en la región de Quillota, Rancas y Sacramento. Sumaban en total unos 8.000 hombres. El 2 de agosto, Bolívar pasó revista a su ejército en el llano de Rancas, a 36 km de Cerro de Pasco. Terminada la revista, arengó a sus soldados y continuó su avance hacia el Sur bordeando el lago Junín. Canterac, que avanzaba por la orilla opuesta del lago, fue sorprendido por el avance patriota y, para evitar la batalla, continuó apuradamente su marcha hacia al Sur. Al amanecer del 6 de agosto, ambos adversarios convergían al extremo sur del lago.
A las cuatro de la tarde se produjo el choque entre la vanguardia patriota de caballería y el grueso del ejército realista. Luego de cuarenta y cinco minutos de feroz combate, cuando los patriotas se replegaban perseguidos por la caballería realista, , los Húsares del Perú, que estaban más atrás, cargaron vigorosamente desorganizando a los perseguidores, dando lugar a que los que se retiraban dieran la cara y arrollaran a la caballería realista,
« Ya los independientes habían sido arrollados; a pesar de su arrojo y decisión no habían podido resistir al terrible impulso de la caballería de los realistas; ya estos empezaban a entonar el himno de la victoria cuando dos escuadrones enemigos que estaban a retaguardia al mando del teniente coronel Suarez, se lanzaron sobre los vencedores que se hallaban asimismo en el mayor desorden y confusión mezclados con los vencidos. Reunidos estos con aquella masa de bronce que se hallaba en perfecta formación, cayeron de nuevo sobre los diseminados realistas, los acuchillaron horrorosamente, los obligaron a ponerse en pronta retirada, y les arrebataron el campo de batalla. (Historiador español Mariano Torrente, citado en Wikipedia)»
El ejército realista se desbandó, abandonando almacenes, armas y municiones. Las primeras tropas de infantería patriota llegaron cuando le batalla había terminado.
Bolívar delegó el mando del ejército patriota al general Antonio José de Sucre, con su cuartel general en Jauja, y encargó al general Andrés de Santa Cruz la jefatura de todos los montoneros de la sierra central. Luego, acompañado solo de su escolta, se dirigió a Lima. El 15 de agosto, en Huamanga, había designado a su gabinete ministerial que lo conformaban: José Faustino Sánchez Carrión, ministro de Gobierno y Relaciones Exteriores; coronel Tomás de Heres, colombiano, ministro de Guerra y Marina, e Hipólito Unanue, ministro de Hacienda. Llegó a Lima el 7 de diciembre de 1824 e inmediatamente ordenó el sitio del Callao, con el objetivo de rendir a las tropas de Rodil, que estaban acantonadas en la Fortaleza del Real Felipe.
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Hay una curiosa versión del triunfo patriota que me parece un invento:
Bolívar se creyó derrotado y dio orden de retirada, pero el ayudante cambió la orden a los húsares por la de atacar a la caballería realista que perseguía a los patriotas, causando la desorganización y desbande de los realistas.
Este relato es sospechosamente parecido a aquel en que Bulnes, creyéndose derrotado dio orden de retirada, y atribuye a Castilla la orden a la caballería chilena de cargar sobre las tropas confederadas en Yungay, carga que decidió la batalla. Sabemos positivamente que los oficiales peruanos que tenían mando en el Ejército Restaurador no podían ejercerlo sobre tropas chilenas durante los combates, porque así se había acordado con el gobierno chileno.
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Apuntes de Historia de Chile 