Tuiuti
A batalha de Tuiuti foi o maior encontro militar de toda a guerra. Quase  60.000 soldados tomaram parte na luta.
Seu nome se  deve  a um vasto campo inundável situado ao norte de Estero Bellaco. 
Depois da batalha de 2 de maio, O II Corpo do Exército Imperial, uma força de 18.000 homens sob o comando de Antonio Paranhos, visconde Porto Alegre, marchou para o norte contornando as margens do rio Paraná. Enquanto isso, a maior parte do exército aliado, uns 35.000 homens, seguiu para a área ao norte de Estero Bellaco, fixando seu acampamento naquela região.  O avanço continuava lento e cauteloso.
O exército brasileiro, sob comando do general Osório,  ocupou o terreno à esquerda do acampamento nas imediações do Estero Bellaco. O exército argentino fixou-se à direita. Os batalhões uruguaios foram colocados no centro juntamento com algumas unidades brasileiras e formavam a vanguarda do exército. Desta vez, porém, estas unidades não foram dispostas muito à frente do corpo principal do exército. O comandante aliado general Bartolomé Mitre ainda temia um ataque surpresa aos moldes do lançado no dia 2.  Pequenos encontros entre grupos inimigos eram constantes, mas os aliados ignoravam completamente não só o terreno a frente, como a força inimiga que poderia lançar-se contra eles. Havia rumores sobre um grande exército inimigo não muito distante dali.
Havia também a disenteria e o cólera que acometiam as forças da aliança. Até então, elas provocavam mais baixas que os combates.
López, por seu lado, havia convocado seus oficias para discutir a situação. Não escondia ele sua ansiedade em relação à presença de uma força inimiga em território de seu país.  Desejava  jogar os aliados de volta ao Paraná. Convencido que uma grande e final batalha teria que ser lutada e vencida ordenou que reforços de várias partes do país fossem enviados para a área de Tuiuti.  O presidente paraguaio já contava com um exército considerável para tentar expulsar as tropas da aliança.  Ele planejava uma ataque direto às posições aliadas em Tuiuti. Planejou um pequeno apoio do poder de fogo de algumas baterias de canhões neste ataque. O general Isidoro Resquin atacaria a direita do acampamento aliado com 9.000 homes. Teria o grosso da cavalaria do exército à sua disposição. Contra a esquerda inimiga,  López planejava enviar o general Vicente Barrios com outros 9.000 soldados de infantaria. No centro, o recém promovido General Díaz teria o objetivo de destruir a vanguarda aliada e apoiar Barrios a esmagar qualquer resistência à direita de suas tropas. Ele lideraria pouco mais de 5.000 homens. Teria também sob seu comando algumas peças de artilharia. 
Para muitos oficiais paraguaios estava claro que o plano de López era um fiasco. Em primeiro lugar, as tropas teriam que abandonar posições defensivas para atacar um inimigo que todos sabiam ser mais numeroso. Além disso, o terreno da região era propício a defesa e não ao ataque. O local onde se daria a batalha  era alagado e cheio de obstáculos e matas, o que obrigaria os atacantes a se desviarem o tempo todo. Por fim, o inimigo teria apoio de todas as peças de artilharia disponíveis e não apenas de algumas como no caso dos paraguaios.  George Thompson, um engenheiro inglês que lutava na guerra como oficial do exército paraguaio, notou que se optasse por aguardar um ataque aliado, López teria chances muito maiores de inflingir uma derrota ao inimigo. El Supremo, entretanto, estava firme em sua determinação de atacar. O dia escolhido para a operação foi  24 de maio.
Enquanto isso, os aliados tratavam de fortificar suas posições. Trincheiras eram cavadas e posições de artilharia eram estabelecidas. No flanco esquerda, as tropas brasileiras haviam estabelecido seus canhões. Algumas delas se encontravam sob comando do capitão Emílio Mallet, um oficial de origem francesa que havia participado das campanhas contra Rosas e Oribe em 1851-52.  Ele achava que suas peças estavam demasiadamente próximas as matas do Estero Bellaco, o que as tornava vulneráveis a ataques vindos de lá. Ordenou que se cavassem trincheiras voltadas para aquela região. Próximo a ele, a 1 e 3 divisões de infantaria haviam se estabelecido. Estas duas tropas, receberiam o pior do ataque inimigo. 
Díaz abriu o ataque às 11:30h. Ele atingiu a vanguarda aliada que, pega de surpresa, não conseguiu barrar-lhe o caminho nem articular uma reação. Os homens de Flores as unidades brasileiras que formavam à frente do exército da Tríplice Aliança lutavam tenazmente,mas de forma desorganizada e foram sendo empurrados pela onda de atacantes
Logo os homens de Barrios se juntaram aos de Díaz, e a esquerda aliada se encontrava sob ataque da infantaria inimiga. Aqui, o terreno, coberto de mato, fez com que a luta ganhasse rapidamente um aspecto de desordem, tanto dos atacantes quanto dos defensores.  Os paraguaios saíam da mata próxima ao Estero Bellaco já sob forte, ainda que desorganizado, fogo ads tropas brasileiras. Os paraguaios rapidamente perceberam a débil posição da artilharia inimiga  e seus esforços caminharam no sentido de isolar e tomá-la. A 1 e 3 divisões do Exército Imperial tentavam desesperadamente manter contato e evitar a perda das peças de artilharia.
General Osório
À direita do acampamento aliado, as coisas não sairam tão bem para os atacantes desde o início. Ali o terreno que teriam que percorrer até as posições inimigas era coberto de esteros e áreas alagadas. A cavalaria paraguaia tinha seu avanço retardado pela água ou tinha que realizar desvios, expondo-se ao fogo doas unidades argentinas. Para piorar, as unidades inimigas naquele setor haviam conseguido se organizar para enfrentar o ataque.  Mesmo assim, os paraguaios conseguiram se apoderar de algumas peças de artilharia do inimigo. Não conseguiram, contudo, manter a conquista. Um contra-ataque da cavalaria argentina sob comando do general Wenceslao Paunero fez os homens de Resquin recuarem.
Neste meio tempo, os homens de Díaz já haviam se juntado aos de Barrios. A pressão conjunta de ambos estava a ponto de quebrar a extrema esquerda do dispositivo do exército aliado. 
As fileiras de ambos os lados estavam trocando tiros a poucos metros de distância. Quando os paraguaios pareciam prestes a atingir seu objetivo, tropas trazidas do centro do acampamento aliado fizeram a balança pender para o lado brasileiro. Às 16:00h Barrios ordenou a retirada. O ataque fora repelido.
Tuiuti foi um imenso desastre pra o exército paraguaio. As avaliações sobre as perdas variamum pouco de fonte para fonte, mas todas são enfáticas em apresentarem Tuiuti como o túmulo do exército de López. Os mortos somavam 6.000 soldados e oficiais. Outros 6.000 estavam feridos ou foram capturados. Algumas unidades, como o  40 batalhão de infantaria, foram aniquiladas. Dali por diante López nunca mais reuniria um a força como aquela para se bater contra o inimigo.
Ataque da cavalaria paraguaia sobre a direita do campamento aliado. Por Candido Lopez (Museu Nacional de Belas Artes (Buenos Aires - Argentina)
Ataque da cavalaria paraguaia ao flanco direito do acampamento aliado (detalhe) - Candido Lopez (Museu Nacional de Belas Artes - Buenos Aires)
Os aliados pagaram um alto preço em termos de vidas pela vitória. O exército imperial teve entre 719 e 736 mortos.Os ferdidos contabilizaram  2.292. Entre os mortos encontrava-se o general Antônio Sampaio, comandante da 3 divisão de infantaria.Os argentinos tiveram 126 mortos e 480 feridos segundo fontes brasileiras. De acordo com fontes argentinas, estes números referem-se somente ao I Corpo do Exercito Argentino.
Para os uruguaios, as perdas somaram 429 no total, 133 dos quais eram baixas fatais.
Mais de 4.000 homens haviam morrido ou estavam feridos. Apesar de grande, as perdas do exército aliado não eram catastróficas como no caso paraguaio. Ainda possuiam uma força de combate.
Os aliados agora estavam firmemente estabelecidos em território inimigo.O presidente paraguaio esperava poder detê-los em Curupaiti e Humaitá. Não podendo se bater abertamente contra um exército mais numeroso, esperava poder desgastá-lo.
Curupaiti