Не в силах одолеть римлян, александрийцы послали к Цезарю своих представителей. Сославшись на то, что им надоели правление взбалмошной Арсинои и жестокая тирания ее приспешника Ганимеда, они попросили Цезаря отпустить находившегося у него под охраной Птолемея XIII, добавив, что если законный царь изъявит свою монаршую волю перейти под покровительство Цезаря, то все население согласится с таким решением.
Поразмыслив над просьбой александрийцев, Цезарь решил пойти им навстречу, хотя мало верил в их искренность. В то же время он допускал, что если александрийцев возглавит законный царь, то они могут и в самом деле пойти на значительные уступки, а если александрийцы его обманывают и просто хотят сменить Арсиною на Птолемея, то будет благовиднее и почетнее вести войну с законным царем, а не с самозваной царицей и ее евнухом. Кроме того, как посчитал Цезарь, появление Птолемея XIII в лагере неприятеля вызовет распри и разногласия между сторонниками царя и приспешниками Арсинои и Ганимеда, что несомненно ослабит силы противника, если александрийцы не откажутся от войны, и тогда, когда римляне одолеют александрийцев, станет справедливым и правомерным сместить Птолемея XIII и привести к управлению Клеопатру и Птолемея XIV, которые станут следовать воле Рима.
Когда Птолемей узнал, что его собираются отправить к сородичам, он неожиданно разразился слезами и стал упрашивать Цезаря оставить его у себя. Но как Цезарь и думал, как только молодой царь оказался в стане александрийцев, он энергично повел войну против римлян. Солдаты Цезаря стали качать головами и дивиться тому, что над чрезмерной добротой Цезаря насмеялся лукавый мальчик. Им было невдомек, что, отпуская Птолемея к александрийцам, Цезарь преследовал определенные цели, сулившие немалые выгоды. Хотя Птолемей и продолжил военные действия, в стане александрийцев, как и полагал Цезарь, начались распри, в результате которых Арсиною и Ганимеда заставили силой уступить власть Птолемею, которым стали руководить несведущие в военном деле советники.
В течение нескольких последующих недель александрийцы потерпели ряд неудач. Узнав, что к Цезарю движутся транспортные суда с продовольствием на борту, александрийцы послали свой флот к дельте Нила. Как только об этом дали знать Цезарю, он немедля послал туда же свой флот, которым командовал Тиберий Нерон. Римляне одержали победу, потопив несколько неприятельских кораблей и рассеяв другие. Правда, в этом бою они и сами потеряли корабль, которым командовал Эвфранор. Увлекшись преследованием одного из вражеских кораблей, Эвфранор потерял связь со своими и, когда его окружили, погиб в неравном бою.
В начале марта к Пелусию, городу у восточного устья Нила, подошел Митридат из Пергама во главе целой армии, набранной в Палестине, Сирии и Аравии. Это было то самое подкрепление, которого давно дожидался Цезарь. В состав армии Митридата входили три тысячи иудеев, влившиеся в войска по распоряжению правителя и первосвященника Иудеи Иоанна Гиркана II и его влиятельного советника Антипатра. Гиркан и Антипатр решили поддержать Цезаря, рассчитывая на то, что он станет союзником Иудеи, в отличие от Помпея, который во время своей восточной кампании отторг от Иудеи часть территории да еще надругался над святынями Иерусалимского храма.
Вскоре Митридат после ожесточенного сражения с египтянами взял Пелусий и поспешил в Александрию на соединение с Цезарем. Но чтобы не форсировать дельту Нила с ее большим числом протоков и рукавов, Митридат пошел из Пелусия на юго-запад, форсировал Нил выше устья реки вблизи нынешнего Каира и затем направился на соединение с Цезарем.
Узнав о появлении армии Митридата, основные силы войска александрийцев оставили город и, погрузившись на корабли, отправились вверх по Нилу, чтобы помешать дальнейшему продвижению неожиданно появившихся новых вражеских войск. Не бездействовал и Цезарь. Как только основные силы александрийцев ушли из города, он пустился в погоню. Посадив свое войско на корабли, он пошел на восток к дельте Нила, но ночью, чтобы избежать морского сражения с неприятелем и ввести его в заблуждение, Цезарь развернул свои корабли, направился в противоположную сторону и, миновав Александрию, высадился в миле от города. Затем ускоренным маршем он обогнул Мареотийское озеро и соединился с армией Митридата до появления войска александрийцев.
На следующий день 27 марта 47 года римляне атаковали подошедшее войско александрийцев. Сражение длилось до вечера и закончилось полной победой римлян. Птолемей бежал с поля боя и утонул в реке, когда его лодка перевернулась. Воодушевленнэй победой, одержанной после трех месяцев кровопролитных боев, Цезарь во главе конницы поспешил вернуться в Александрию. Население города встретило его у ворот и стало молить даровать им прощение. Цезарь мог бы обратить александрийцев в рабов, но Александрия находилась в сфере экономических интересов Римского государства, и опустошение города в планы Цезаря не входило. Он даровал прощение горожанам и направился во дворец, где его ждала Клеопатра.