Писарро получил в свое распоряжение артиллерию и конницу. Этот договор очень не понравился Альмагро, который в соответствии с прежней договоренностью надеялся стать заместителем Писарро.
Военная экспедиция Писарро численностью 227 человек вышла из Панамы в январе 1531 г. В Тумбесе испанцы узнали о существовании династической вражды между императором (или никой) Перу Атахуальпой и его братом Хуаскаром, который был побежден и находился в плену. Атахуальпа в это время был со своей армией в Кахамарке. Писарро отправился туда со 168 солдатами, основав по дороге колонии Сан Мигель и Пиура. Инка, узнав о прибытии иноземцев, отправил к ним послов с целью разведать, откуда они, каковы их силы, и пригласить их к себе в лагерь, в котором была расположена сорокатысячная армия. После первого же свидания Писарро понял, что только хитрость и ловкость могут дать ему преимущество перед подавляющей численностью врагов. Он захватил инку силой, повторив уловку Кортеса в Мехико. В результате боя перуанские войска были рассеяны, понеся при этом большие потери.
Узнав о пленении брата, Хуаскар отправился в Кахамарку для того, чтобы заявить свои права, но по дороге был убит по приказу Атахуальпы. Атахуальпа предложил в уплату за свое освобождение наполнить золотом до высоты вытянутой вверх руки помещение в 374 квадратных фута. Для того чтобы собрать необходимое количество золота, во все концы страны (Па-чакамак, Хауха, Куско) были разосланы отряды испанцев со специальными грамотами от инки. Получив выкуп, Пиесаро, однако, не освободил Атаху-альпу. Обвинив инку в подготовке восстаний, в убийстве Хуаскара и других преступлениях, Писарро приказал его повесить (29 августа), невзирая на протесты Эрнандоде. Сото и других своих военачальников. Эта ничем не вызванная жестокость привела к восстанию. Однако Писарро, с помощью подкреплений, доставленных Альмагро, продолжал свое победоносное движение вплоть до Куско. Писарро сделал инкой знатного перуанца Мауко, который объявил себя подданным испанского короля.