En septiembre de 1816, tras el nombramiento provisorio de Joaquín de la Pezuela como virrey del Perú, asumió en su reemplazo el comando del Ejército Real del Alto Perú el General José de la Serna, quien incorporó una gran cantidad de oficiales y tropas que habían luchado en la Guerra de Independencia de España. El nuevo comandante español trazó un plan de invasión de las Provincias Unidas desde el norte el 17 de noviembre de 1816 De la Serna trasladó su cuartel a Tupiza, moviendo hacia allí a su ejército. A principios de 1817 avanzó sobre Jujuy con 5.000 hombres.
El 6 de enero de 1817, y luego nuevamente el 17 de enero, la vanguardia comandada por Pedro Antonio Olañeta ocupó San Salvador de Jujuy y esperó a que De la Serna lo alcanzara con el grueso del ejército, pero su avance hacia el sur fue hostilizado y detenido por las partidas guerrilleras comandadas por el Coronel Martín Miguel de Güemes. El 14 de febrero de 1817 el Ejército de los Andes entraba en Santiago de Chile frustrando los planes realistas, mientras que Belgrano permanecía en San Miguel de Tucumán con unos 3.000 hombres que formaban el Ejército del Norte.e los avances del ejército realista Lamadrid, recibió la propuesta que le hizo Belgrano en los siguientes términos: “… propúsome una tarde en el mes de febrero, si me animaría yo á internarme hasta Oruro por el despoblado de Atacama, con solo mi cuerpo de Húsares, y llevando á demás tres compañías de infantería de 50 hombres cada una, con el objeto de sorprender las guarniciones que había dejado el general La Serna en los pueblos de su retaguardia, conmover á los naturales del país contra el ejército español, y últimamente con el de llamar sobre mi á éste, como el único medio de dar tiempo á nuestros pueblos y ejército para poder aumentar este y proporcionarle los elementos necesarios para una nueva campaña”.(*) Aráoz de Lamadrid aceptó la empresa respondiendo: “Estoy pronto mi General para marchar cuando V.E. lo ordene, y me asiste la esperanza de que llenaré los deseos de V.E. ó moriré con gloria combatiendo por la Independencia y la libertad. (*)
Belgrano le ordenó que comenzara los preparativos mientras él reunía 400 caballos herrados y 600 mulas para la expedición, además 2 cañones ligeros de calibre 4. Fueron alistadas secretamente tres compañías de 50 hombres, pertenecientes respectivamente a los regimientos de Infantería N° 2, 3 y 9 de guarnición en Tucumán. Completaban la división 50 milicianos de Dragones Tucumanos al mando del capitán José Carrasco con funciones no combatientes.. La división llevaba 200 pesos fuertes para sus gastos. Aráoz de Lamadrid intercambió 12 soldados que se hallaban en otros cuerpos, que lo habían acompañado en la retirada de Culpina, por 36 reclutas de su cuerpo de Húsares, por lo que éste se redujo a 150 plazas. En la plaza de San Miguel de Tucumán, Belgrano entregó a cada soldado un poncho verde, los arengó y el 18 de marzo de 1817 partieron los más de 300 soldados y 50 milicianos con dos piezas de artillería, caballos y las mulas en número justo para las cargas, siendo la mayoría de estas las que habían acompañado al ejército desde su retirada del Alto Perú luego de la Batalla de Viluma o de Sipe Sipe.
Saliendo de San Miguel de Tucumán hasta Trancas, la división subió a los valles Calchaquíes llegando a los 8 días al valle de San Carlos, en donde desertaron dos infantes. Por la tarde llegó allí un oficial de milicias tucumanas conduciendo 74 caballos y ninguna mula, con una nota de Belgrano expresándole que eran los únicos que había podido reunir. Aráoz de Lamadrid creyó que la división perecería en el despoblado de Atacama y contestó que se proporcionaría los caballos en Tarija. Al día siguiente, desde San Carlos varió su ruta por el norte de Jujuy, viajando en dirección a las tierras del Marqués de Yavi, pasó por Casabindo y Sococha y sin ser visto por los realistas se dirigió a Tarija.
Al atravesar el camino de postas que unía Tupiza con la quebrada de Humahuaca, el 8 de abril una partida al mando del capitán Mariano García se dirigió desde Colpayo y sorprendió en Cangrejillos a una guardia realista que se hallaba en uno de los puestos del Marqués de Yavi, apresando a 6 hombres y dando muerte a un teniente y 6 soldados, sufriendo la muerte del teniente de Húsares Cayetano Mendoza. Este prematuro ataque alarmó al ejército realista, que tomó precauciones. La División logró pasar por las cercanías de Yavi sin ser percibida. Al llegar a Tarija la División llevaba un centenar de prisioneros de las poblaciones que encontró a su paso, a fin de que no los delataran, los que fueron liberados en esa villa y obsequiados con presentes. Como Aráoz de Lamadrid había enviado desde San Carlos un mensaje a Belgrano expresándole los motivos del cambio de ruta, al acercarse a Tarija recibió la respuesta en términos de amarga queja por el cambio de planes. Aráoz de Lamadrid respondió con una carta lamentando no haber recibido las cabalgaduras necesarias para atravesar el desierto y reclamándole la libertad de acción en vistas de la lejanía en que se hallaba.
Al acercarse a Tarija la División pasó sin ser notada a la izquierda de un escuadrón y de 50 infantes al mando del entonces realista Andrés de Santa Cruz, que se hallaba en el valle de Concepción, y sin atacarlos para no perder la sorpresa sobre Tarija. Cuando el Comandante y Gobernador realista de Tarija, Teniente Coronel Mateo Ramírez, observó el avance de las tropas, pensó que se trataba de las fuerzas gauchas del Teniente Coronel Francisco Pérez de Uriondo, quien había partido con sus fuerzas desde San Ramón de la Nueva Orán hacia Tarija,
Ramírez ordenó la salida de los granaderos del Cuzco (recientemente incorporados al Batallón de Gerona) para atacarlas, expresando: Vamos a desparpajar a esos gauchos. Luego de cruzar el río Guadalquivir, al observar el despliegue y darse cuenta de que no eran fuerzas irregulares, ante los primeros disparos ordenó el repliegue y se encerró en la villa protegida por las trincheras hechas construir recientemente por De la Serna. Aráoz de Lamadrid ocupó el morro de San Juan, en donde emplazó sus 2 cañones y luego intimó la rendición de Ramírez, que fue rechazada.
Los gauchos de Pérez de Uriondo, junto con otros grupos de montoneros, entre ellos los comandados por Eustaquio Méndez y por José María Avilés aportaron un hombres y colaboraron en el sitio de Tarija, rodeándola por orden de Aráoz de Lamadrid, a fin de capturar a los mensajeros despachados con pedidos de ayuda hacia las divisiones ubicadas en el valle de Concepción y en Cinti, actual Camargo, mandada esta última por el presidente de la Real Audiencia de Charcas, el Brigadier de Marina José Pascual de Vivero y Salaverría. Méndez se adelantó con 100 jinetes bien armados a recibir a Aráoz de Lamadrid en la Cuesta del Inca. Santa Cruz, quien se hallaba casualmente en Tarija, intentó sortear el sitio para ir en busca de su División, pero no lo logró.
Al escuchar los cañonazos, las fuerzas realistas acantonadas en el valle de Concepción, unos 130 soldados se dirigieron hacia Tarija, entrando por el campo de la Tablada en las primeras horas del 15 de abril de 1817 al mando del oficial Malacabeza. Aráoz de Lamadrid había salido a reconocerlas con solo 32 húsares, el ex capitán Lorenzo Lugones que viajaba como aventurero en la expedición y los ayudantes de húsares: Manuel Cainzo y Victorio Llorente. Al encontrarse de pronto con las fuerzas realistas, envió a Llorente en busca de la 1° Compañía de Húsares al mando del Capitán Mariano García y cargó sable en mano obteniendo la victoria de la Batalla de la Tablada de Tolomosa, en la que murieron 65 realistas, incluso 2 oficiales, quedando prisioneros otros 40, con solo un muerto patriota y un portaestandarte y 3 soldados heridos. Inmediatamente después, Aráoz de Lamadrid retornó a Tarija y volvió a intimar la rendición al sitiado Mateo Ramírez, quien luego de rechazarla, la aceptó ante la amenaza de ser todos degollados y por temor al ataque desordenado de un millar de gauchos, y a pesar de contar con fuerzas superiores, salió él mismo a parlamentar con Aráoz de Lamadrid solicitando que no se saquearan sus pertenencias y que se le concediesen los honores de la guerra.
La rendición de los realistas en Tarija le significó al Ejército del Norte la captura de 20 oficiales incluyendo a Ramírez, Andrés Santa Cruz y otro Teniente Coronel y 274 soldados, habiéndose tomado 400 fusiles, 10 pares de pistolas, 20 sables, 47 lanzas, 5 cajas de guerra, abundantes municiones, útiles de maestranza, víveres, e incorporándose además muchos altoperuanos al ejército. Posteriormente fueron encontrados otros 50 fusiles. El costo total del ataque a Tarija fue de 2 muertos y entre 5 y 7 heridos. Aráoz de Lamadrid envió un mensaje a Belgrano comunicándole la victoria y avisándole que enviaría los prisioneros por la ruta del Chaco salteño escoltados por una compañía de 50 milicianos de Tucumán al mando del capitán Carrasco que había llevado con la División.