Dès l'obtention de l'appui politique à son projet, San Martin entreprend les préparatifs de l'expédition.
Le Directeur Suprême élève, le 1er août, San Martin au grade de général en chef de l'Armée des Andes.
Le 5 janvier, après une période d'entraînement, l'armée se dirige jusqu'à Mendoza sous les clameurs de la foule. Tous jurent fidélité à la bannière aux couleurs bleu ciel et blanche.
San Matin a gardé secret le point par lequel son armée franchira les Andes, et a laissé courir de fausses rumeurs pour désorganiser les royalistes.

Tout est prêt à Plumerillo pour faire traverser l'armée de 4000 hommes, avec ses chevaux, canons, munitions et vivres pour un mois. Deux divisions, sous le commandement des généraux Miguel Estanislao Soler et O´Higgins traverseront les Andes par le Paso de los Patos (le col des canards). Une autre, dirigée par Juan Manuel Cabot fera la traversé depuis San Juan, par le Portezuelo de la Ramada pour prendre Coquimbo. Un autre détachement léger passera par le col de Vinchina pour occuper Copaipó. Au sud, le capitaine Freyre passera par le Planchón pour appuyer la guérilla chilienne.

Au cours de la seconde moitié de janvier, les différentes divisions se mettent en marche avec des instructions secrètes. Les ordres sont d'apparaître simultanément sur le territoire chilien entre le 6 et le 8 février.

La traversée est un triomphe. Le 8 février à deux heures de l'après-midi, les deux principales colonnes occupent les villages de Putaendo et Santa Rosa de los Andes, laissant libre la route vers le Pacifique.

Le 10 février, toute l'Arméé des Andes se trouve rassemblée dans la vallée de l'Aconcagua, Prête à gravir la côte de Chacabuco et remporter une bataille décisive. L'armée royaliste est rejointe par des troupes venues de Santiago.
San Martin veut attaquer les royalistes sans leur donner le temps de se regrouper. Il divise ses armées en deux colonnes, une commandée par le général Soler et l'autre par O'Higgins. L'armée royaliste est dirigée par Maroto.

A l'aube du 12, les deux colonnes commencent l'ascension de la côte de Chacabuco, Soler par la droite et o'Higgins par la gauche.
L'aile gauche se retrouve au contact des royalistes. Le combat semble indécis jusqu'à ce que les troupes de Soler viennent prêter main forte, remportant la bataille. Les royalistes doivent fuir, laissant 500 morts, 600 prisonniers et beaucoup d'armes

le 14 février, San Marin entre en triomphe à Santiago du Chili. Le Congrès se réunit le 18 et proclame le Libertador, Gouverneur du Chili. Il décline cet honneur et o'Higgins est élu Directeur Suprême du Chili.

Cette victoire, la conquête du Royaume du Chili, ne peut que réjouir Buenos Aires en proie à une situation difficile. Montevideo est occupée par les portugais, tandis que l'Armée du Nord, sous les ordres de Martin Güemes, résiste tant bien que mal à Jujuy.
La victoire de Chacabuco va changer la donne. Les royalistes commencent à se replier. Ceux qui peuvent s'échaper, se retirent jusqu'à la forteresse de Talcahuano, dans le sud du Chili. Ils y résisteront toute l'année 1817.

On crée alors l'Armée Unie, formée par celle du Chili et l'Armée des Andes. O'Higgins se voit confier la partie chilienne et San Martin devient Général en chef de toute l'armée.

San Martin sait qu'il ne sera pas possible de conquérir le Chili et le Pérou sans domination maritime. En effet la côte est protégée par de puissants bastions comme Callao ou Talcahuano.
Peu après la bataille de Chacabuco, il se rend à Buenos Aires pour demender au Directeur Suprême qu'il envoie une mission à Londres, dans le but d'appareiller une armada afin de dominer les côtes du Pacifique.