En horas de la madrugada del 27 de noviembre 1879, la fuerza chilena alcanzó su objetivo y tomó posición ofensiva en las colinas localizadas al oeste de la ciudad de Tarapacá, en un area de una legua de extensión, que íba entre el alto de la cuesta de Arica y el de Visagras. La división chilena entonces fue dividida en tres fracciones: La primera, al mando del teniente coronel Eleuterio Ramirez, compuesta en su mayoría por los batallones del regimiento 2do de Línea y dos cañones de bronce, tenía como objetivo apoderarse de la Huaracina, donde se encuentran las provisiones de agua del poblado y de ahí avanzar hacia Tarapacá; la segunda, a las órdenes del propio coronel Arteaga, formada por el regimiento Artillería de Marina, el batallón Chacabuco, cuatro cañones de Bronce y dos cañones Krupp, debía atacar de frente a los peruanos por las alturas que dominan la población; y, la tercera, dirigida por el comandante Ricardo Santa Cruz e integrada por un batallón del 2do de Línea, 260 hombres del Zapadores, 116 Granaderos a Caballo y dos secciones de artillería Krupp de montaña, tenía que situarse cerca del paso de Quillaguasa para recortar la retirada de los peruanos por el camino de Arica "y batir la quebrada desde las alturas".
Los peruanos, que carecían de un sistema de alerta o vigilancia, fueron informados de la presencia del adversario por dos arrieros que se toparon con las columnas chilenas a distancia. Tan pronto se produjo este hecho, el Coronel Andres Cáceres, jefe de la segunda división peruana, ordenó que se tocara diana y organizó un consejo de guerra. En virtud que los peruanos carecían de un plan de contingencia para responder a una emergencia como aquella, Cáceres dispuso que la tropa ocupara las alturas que circundaban Tarapacá. Sin embargo, en las primeras horas del amanecer, los chilenos ya se habían posesionado de las mismas y al parecer esperaban que sus enemigos rindieran las armas, por efecto de la sorpresiva maniobra y ante la supuesta imposibilidad que pudieran atacar sus estrategicas posiciones.
Pero Cáceres no era hombre que se rindiera fácilmente. Por el contrario, recuperado del factor sorpresa, dispuso que los 3,000 hombres bajo su mando se dividieran en tres columnas. La primera y segunda compañía de su legendario regimiento, el Zepita, bajo órdenes del teniente coronel Juan Francisco Zubiaga, colocó a la derecha. La quinta y sexta compañía, bajo el capitán Francisco Pardo de Figueroa se ubicó en el centro y la tercera y cuarta compañía, bajo el mayor Arguedas, tomó posición del sector izquierdo. Simultáneamente, Cáceres envió un mensaje al coronel Manuel Suarez, comandante del regimiento Dos de Mayo, ordenándole atacar desde la izquierda. Dos batallones de la División Vanguardia, con un total de 1,400 hombres, que acampaban a 45 kilómetros de distancia, tambien fueron avisados y se pusieron en marcha. Aquellas tropas tardarían seis horas en llegar al campo de batalla.
La lucha se inició con ímpetu alrededor de las 9:15 de la mañana. El Zepita empezó furiosamente el ataque contra las posiciones chilenas, y el resto de los regimientos peruanos, bajo órdenes de los coroneles Bolognesi, Rios y Castañón se movieron también contra el adversario. El Zepita subió el lado oriental de las colinas bajo los nutridos disparos de la artillería y la infantería chilena. El fuego era muy intenso, pero los peruanos, en desplazamientos de guerrilla, continuaron avanzando. La primera y la segunda compañía del Zepita fueron las primeras en alcanzar su objetivo a las 9:30 de la mañana. Fueron recibidos con un fuego nutrido de la artillería chilena, pero que no fue suficiente para contener el valeroso ataque de la infantería peruana. Luego de una espectacular carga con bayoneta y contra viento y marea, lograron capturar cuatro cañones y todas las municiones de los adversarios. Acto seguido, concentró sus fuegos contra los Zapadores y las compañías del 2do de Línea. En 45 minutos una de las brigadas chilenas fue totalmente aniquilada.
A la 9:45 de la mañana el refimiento chileno Artillería de Marina entró en acción, siendo anulado por el Zepita y el Dos de Mayo. Las columnas bajo los jefes Pardo Figueroa y Arguedas causaron un daño severo en la infantería chilena. Tal fue la intensidad de su ofensiva que los chilenos, luego de resistir a pie firme, perdieron finalmente el control y se vieron obligados a retirarse en completo desorden hacia una posición localizada tres millas detrás de las colinas. Los peruanos habían logrado una victoria parcial, pero habían perdido varios hombres en la arremetida, incluidos el teniente coronel Juan Zubiaga, el capitan Pardo Figueroa, el coronel Manuel Suarez, jefe del batallón Dos de Mayo y Juan Cáceres, hermano del espartano Andres Avelino.
En efecto, Andrés Caceres también estaba herido pero decidió continuar la lucha contra las nuevas posiciones chilenas bajo el coronel Arteaga. Su división se reforzó con la llegada del batallón Iquique y los Loa y Columnas Navales, así como una compañía del batallón Ayacucho y uno del batallón Gendarmes. Esas fuerzas eran parte de las dos Divisiones peruanas, fuerte de 1,400 hombres que se encontraban a 45 kilómetros de Tarapacá cuando la batalla hizo erupción. Entre los refuerzos se encontraba el batallón Iquique número uno, cuyo comandante, el legendario Alfonso Ugarte, fue herido de un balazo en la cabeza, no obstante continuó la lucha al frente de sus tropas.
Con estos refuerzos Cáceres ejecutó un nuevo ataque por el sudeste de Tarapacá, alcanzando y disolviendo al enemigo en cinco ocasiones. Los chilenos, que obviamente eran soldados muy aguerridos y valientes, se reagruparon igual número de veces. Es mas, una columna chilena se dirigió hacia el pueblo de Tarapacá, que estaba, defendido por el batallon Guardias de Arequipa y la columna boliviana Loa, los cuales, tras una encarnizada lucha los rechazó. La batalla en la ciudad, fue casa por casa.
La tercera división al mando del coronel Bolognesi, jugó parte importante en la acción. El viejo coronel, que antes de la batalla encontrabase enfermo y padeciendo alta fiebre, olvidó sus padecimientos y se puso al frente de su tropa, cuyo comportamiento fue admirable. El batallón Arequipa, de la referida división, capturó como trofeo el estandarte del regimiento 2do de Línea. Cáceres, desde su posición flanqueó a los chilenos por el sector izquierdo. Aquellos, ejecutaron entonces un contraataque con su caballería a efecto de romper parte de las posiciones peruanas, pero la carga logró ser contenida por los galantes hombres de las columnas Loa y Navales. Cáceres entonces dispuso ejecutar un último ataque contra el centro del ejército chileno, al cual logró destruir completamente. Los sobrevivientes dejaron sus últimos piezas de artillería, municiones y rifles y se desbandaron.
Los peruanos habían logrado, después de nueve horas de intenso combate, una victoria total. La orgullosa columna chilena había acusado un aproximado de 800 bajas, incluyendo 56 prisioneros de guerra. Entre los muertos chilenos merece destacarse la del valiente comandante del Segundo de Línea, Eleuterio Ramirez. Perdieron además toda su artillería (cuatro Krupp, cuatro obuses de bronce) y gran cantidad de pertrechos. Los peruanos por su parte, tuvieron cerca de 500 bajas, entre muertos y heridos, lo que demuestra el fragor e intensidad de la lucha.
Ante la falta de caballería los peruanos se vieron imposibilitados de consolidar la victoria y no pudieron seguir a sus adversarios más allá de la colina de Minta, ubicada a dos leguas de distancia de sus posiciones iniciales. Fue sin duda un resultado que significó un aliciente moral para las tropas y dejó muy en alto el valor, arrojo y heroísmo de la infantería peruana.