О подробностях той ночи история умалчивает, но уже на следующий день Цезарь объявил Птолемею, что он должен помириться с сестрой и разделить с нею власть. Обманутый в своих ожиданиях, царь сорвал с головы корону, бросил ее на пол и с криками «Меня предали! К оружию!» выбежал из дворца. Недовольные присутствием римлян, подстрекаемые Потином александрийцы словно только и ждали этого призыва. Вспыхнул мятеж, очень быстро переросший в настоящую войну, названную впоследствии Александрийской. Всю зиму 48/47 г. до н. э. римский отряд во главе с Цезарем выдерживал осаду в резиденции египетских царей. Опасаясь, что его флот, блокированный в гавани, может достаться врагу, полководец приказал поджечь его. Огонь перекинулся на берег, уничтожив множество зданий, тогда же серьезно пострадала городская библиотека. Когда прибыло подкрепление, Цезарь разбил восставших и египетскую армию: Птолемей Дионис утонул во время бегства, Потин погиб, а Арсиноя, младшая сестра Клеопатры, выступавшая на стороне мятежников, была пленена, а затем выслана за пределы страны.
По праву победителя Юлий Цезарь мог объявить Египет римской провинцией, но вместо этого посадил на трон Клеопатру, обязав, однако, в угоду местным обычаям, а также во избежание лишних разговоров и недовольства, взять в мужья и соправители другого брата, Птолемея XIII Неотероса, который был на два года младше предыдущего царя. Брак этот, как и якобы совместное правление, был фиктивным. По сути, Клеопатра стала возлюбленной римского полководца и, если верить словам одного из античных авторов, «сохранила верность ему и всегда оставалась в его ставке». Умная, сладкоголосая, специально обученная искусству любви египетская царица оказалась той женщиной, расстаться с которой никак не решался даже весьма искушенный в амурных делах Цезарь. Уже давно неотложные дела требовали его непременного присутствия в Риме, а он все медлил с отъездом. Время проходило в пирах и увеселениях, на корабле с богатыми покоями римлянин готов был проплыть через весь Египет до самой Эфиопии — Клеопатра мечтала показать своему покровителю все красоты любимой родины, — если бы войско не отказалось за ним следовать (по другим сведениям, это путешествие все же состоялось). Лишь грозные вести с востока о нападении на римские владения боспорско-понтийского царя Фарнака заставили Цезаря вспомнить, что он воин не только на любовном фронте. Оставив в Египте три легиона — «защищать нашей военной силой царей, сохраняющих верность нам, а в случае их неблагодарности той же военной силой карать их», как писал античный историк, — Цезарь покинул Александрию.
Летом 47 г. до н. э. Клеопатра родила 53-летнему Цезарю, не имевшему законных наследников, своего первого ребенка — сына, и назвала его Птолемеем Цезарем, добавив к этому имени еще два титула: Филопатор и Филометор («Любящий отца» и «Любящий мать»). Александрийцы, а позднее и римляне называли его насмешливо: Цезарион («Цезаренок», «Цезареныш»). Подобно величайшим царям древности, мальчик был торжественно объявлен сыном вселенского бога Амона-Ра, который вошел в покои царицы в облике римского полководца и наградил своего отпрыска «жизнью, здравием, благополучием, миллионами лет на престоле Хора». Сама царица провозгласила себя новым явлением богини Изиды, родившей земле Хора — властителя, ниспосланного стране солнечным божеством…
Тем временем Цезарь одержал ряд блестящих побед и весной 46 г. до н. э. возвратился в Рим, пригласив туда же Клеопатру стать свидетельницей своего триумфа. Ее путешествие в Вечный город поэт того времени назвал «паломничеством любви и смерти». Горожане ахнули, увидев кортеж чужеземной царицы: колесницы, сверкающие золотом, черная река рабов-нубийцев, ручные газели, антилопы и гепарды. «Египетская богиня» в царских одеждах со священной золотой змеей на лбу, а также ее блистательный двор и окружение — выдающиеся музыканты, философы и художники — одновременно восхитили и вызвали зависть римских матрон, которым подобная роскошь и просвещенность показались слишком вызывающими.