Em 1º de agosto Mitre retornou ao comando e deu ordens para que a esquadra imperial forçasse a passagem em Curupaiti e Humaitá. Em 15 de agosto, duas divisões de cinco encouraçados ultrapassaram, sem perdas, Curupaiti, mas foram obrigadas a deter-se frente aos poderosos canhões da fortaleza de Humaitá. O fato causou novas dissensões no alto comando aliado. Ao contrário de Mitre, os brasileiros consideravam imprudente e inútil prosseguir, enquanto não se concatenassem ataques terrestres para envolver o Quadrilátero, que se iniciaram, finalmente, em 18 de agosto.
A partir de Tuiu-Cuê, os aliados rumaram para o norte e tomaram São Solano, Vila do Pilar e Tayi, às margens do rio Paraguai, onde completaram o cerco da fortaleza por terra e cortaram as comunicações fluviais entre Humaitá e Assunção. Em 3 de novembro de 1867 os paraguaios atacaram a posição aliada de Tuiuti (segunda batalha de Tuiuti), mas foram derrotados. Com o afastamento definitivo de Mitre, que retornou à Argentina, Caxias voltou a assumir o comando geral dos aliados. Em 19 de fevereiro a esquadra imperial forçou a passagem de Humaitá que, totalmente cercada, só caiu em 25 de julho de 1868.