Manuel Belgrano había aprovechado la victoria patriota de la Batalla de Tucumán, librada los días 24 y 25 de septiembre de 1812, para reforzar el ejército a su mando. En cuatro meses logró mejorar la disciplina de las tropas, proporcionarles instrucción y reclutar suficientes efectivos como para duplicar su número. El parque y artillería abandonados por Tristán en la anterior batalla le había permitido organizarse con mucha mayor soltura. A comienzos de enero, buscando marchar tranquilamente para no fatigar a las tropas, emprendió la vanguardia la marcha hacia Salta. El 13 de febrero, a orillas del río Pasaje, el ejército prestó juramento de lealtad a la Asamblea Constituyente que había comenzado a sesionar en Buenos Aires pocos días antes, y a la bandera albiceleste diseñada por Belgrano. La bandera fue conducida por el mayor general Eustoquio Díaz Vélez, a quien llevaba en medio el coronel Martín Rodríguez y el general Belgrano escoltados por una compañía de granaderos que marchaban al son de música. La ocasión cuya solemnidad fue empleada hábilmente por Belgrano, como lo había hecho en la bendición de la bandera en Jujuy antes del Éxodo Jujeño dio lugar al rebautismo del río con el nombre de Juramento.
Tristán, entretanto, había aprovechado la ocasión para fortificar el Portezuelo, el único acceso a la ciudad a través de la serranía desde el sudeste; la ventaja táctica que esto le suponía hubiera hecho el intento imposible, de no ser por el superior conocimiento de la zona que los lugareños conscriptos aportaran. Tras que el General Manuel Belgrano pernoctara en la Finca de Castañares, el capitán Apolinario Saravia, natural de Salta, se ofreció a guiar el ejército patriota a través de una senda de altura que desembocaba en la Quebrada de Chachapoyas, que les permitiría empalmar con el camino del norte, que llevaba a Jujuy, a la altura del campo de la Cruz, donde no existían fortificaciones semejantes. Aprovechando la lluvia que disimulaba sus acciones, el ejército emprendió la marcha a través del áspero terreno, avanzando lentamente a causa de la dificultad de transportar los pertrechos y la artillería. El 18 se apostaron en el campo de los Saravia, ubicado en esa zona, mientras el capitán, disfrazado de indígena arriero llevaba una recua de mulas cargadas de leña hasta la ciudad, con la intención de informarse de las posiciones tomadas por la tropa de Tristán.
El general José María Paz en sus Memorias póstumas describió el orden de batalla:
"Nuestra infantería estaba formada en seis columnas de las que cinco estaban en línea y una en reserva, en la forma siguiente: 1° principiando por la derecha, el Batallón de Cazadores a las ordenes del comandante Dorrego, 2° y 3° eran formadas del Regimiento N° 6 que era el mas crecido, una á las órdenes del comandante Forest, y la otra, aunque no puedo asegurarlo á las del comandante Warnes, 4° del Batallón de Castas á las órdenes del comandante Superi, 5° de las compañías del N° 2 venidas últimamente de Buenos Aires, al mando del comandante D. Benito Alvarez, 6° y última compuesta del Regimiento N° 1 al mando del comandante D. Gregorio Perdriel. La artillería que consistía en doce piezas, si no me engaño, estaba distribuida en los claros, menos dos que habían quedado en la reserva."
El día 19, gracias a la inteligencia de Saravia, el ejército marchó por la mañana con la intención de acometer las tropas enemigas al amanecer del día siguiente. Tristán recibió noticia del avance, y dispuso sus tropas nuevamente para resistirlo; alineó una columna de fusileros sobre la ladera del cerro San Bernardo, reforzó su flanco izquierdo, y organizó las 10 piezas de artillería con que contaba. En la mañana del 20 Belgrano ordenó la marcha del ejército en formación, disponiendo la infantería al centro, una columna de caballería al mando de José Bernaldes Polledo en cada flanco y una nutrida reserva al mando de Manuel Dorrego.
La herida de bala que al inicio de la batalla recibiera Eustoquio Díaz Vélez, segundo jefe de las fuerzas y jefe del ala derecha, mientras recorría la vanguardia de la formación, no fue obstáculo para que volviera al campo. El primer choque fue favorable a los defensores, ya que la caballería del flanco izquierdo encontraba dificultad para alcanzar a los tiradores enemigos por lo empinado del terreno.
Poco antes de mediodía, Belgrano ordenó el ataque de la reserva comandada por Dorrego sobre esas posiciones, mientras la artillería lanzaba fuego granado sobre el flanco contrario. Al frente de la caballería, condujo él mismo una avanzada sobre el cerco que rodeaba la ciudad. La táctica fue exitosa; columnas de infantes al mando de Carlos Forest, Francisco Pico y José Superí rompieron la línea enemiga y avanzaron sobre las calles salteñas, cerrando la retirada al centro y ala opuesta de los realistas. El retroceso de los realistas se vio dificultado por el mismo corral que habían erigido como fortificación; finalmente, se congregaron en la Plaza Mayor de la ciudad, donde Tristán decidió finalmente rendirse, mandando tocar las campanas de la Iglesia de La Merced. El enviado realista a parlamentar fue el coronel La Hera quien negoció con Belgrano que al día siguiente los soldados abandonarían la ciudad en marcha, con honores de guerra, y depondrían las armas; Belgrano garantizaba su integridad y libertad a cambio del juramento de no empuñar nuevamente las armas contra los patriotas, un gesto inusual que ganó para su causa a no pocos de los combatientes enemigos. Los prisioneros tomados antes de la rendición serían liberados a cambio de los hombres que José Manuel de Goyeneche retenía en el Alto Perú.
"Dígale usted a su general que se despedaza mi corazón al ver derramada tanta sangre americana: Que estoy pronto a otorgar una honrosa capitulación, que haga cesar inmediatamente el fuego en todos los puntos que ocupan sus tropas, como yo voy a mandar que se haga en todos los que ocupan las mias."
Como consecuencia del triunfo patriota en la batalla de Salta, todo el ejército realista fue muerto o puesto en cautividad, los 3.398 combatientes.45 Los españoles tuvieron 481 muertos, 114 heridos (capturados) y 203 prisioneros sanos, incluidos 17 oficiales; otros 2 generales, 7 jefes, 117 oficiales y 2.023 hombres que se rindieron al día siguiente, entregando 2.188 fusiles, 1.096 bayonetas, 156 espadas, 17 carabinas, 10 cañones y 6 pistolas,4 también todo el parque de guerra y tres banderas reales.6 Durante la batalla habían sido capturados 5 de los cañones y 500 de los fusiles. Otras fuentes elevan el número de capitulados a 2.786 hombres. El ejército de las Provincias Unidas tuvo 101 soldados y 2 oficiales muertos más 419 soldados y 14 oficiales heridos.
La generosidad de Belgrano, que abrazó a Tristán y lo dispensó de entregar sus símbolos de mando los unía una estrecha amistad personal; habían sido condiscípulos en Salamanca, convivido en Madrid y amado allí a la misma mujer, atraería sorpresa en Buenos Aires, pero la resonante victoria silenció las críticas y le granjeó un premio de 40.000 pesos dispuesto por la Asamblea. Belgrano declinaría recibirlo, disponiendo que el dinero se destinara a crear escuelas en Tucumán, Salta, Jujuy y Tarija; el libramiento de los fondos sería una deuda histórica durante 185 años, hasta que en 1998 finalmente se equipó en Tarija la última destinataria de los mismos.
La batalla de Salta fue la lid en que por primera vez flameó la enseña patria en una acción de guerra y resultó una nueva e importante victoria para los revolucionarios. Como consecuencia de este triunfo los ejércitos realistas fueron detenidos en su avance hacia el sur y estas tierras nunca más pudieron ser recuperadas para el extinto Virreinato.
Esta decisiva batalla fue:
"la primera y única rendición de un cuerpo de ejército enemigo en batalla campal, que registra la Guerra de la Independencia."
Belgrano nombró a Díaz Vélez gobernador militar de la provincia de Salta y éste colocó a la bandera argentina por primera vez en el balcón del Cabildo y los trofeos apoderados de los realistas los ubicó en la Sala Capitular.
Los triunfos de Tucumán y Salta permitieron la recuperación del Alto Perú por los rioplatenses. Díaz Vélez, como jefe de la avanzada del ejército vencedor en la segunda campaña al Alto Perú, entró triunfante en la ciudad de Potosí, el 7 de mayo de 1813.
