戰爭初期，智利憑藉兩倍於祕玻聯合艦隊的海軍，迅速封鎖了祕魯和玻利維亞的海岸。1879年5月，智利海軍司令威廉姆斯留下戰艦“埃斯美萊達號”封鎖祕魯要塞伊基克，但遭到祕魯海軍的偷襲，“埃斯美萊達號”被擊沉。同年10月8日，智利艦隊在例行巡航中遭遇祕魯艦隊，雙方展開了南美歷史上第一次鐵甲艦決戰。智利海軍摧毀了祕魯主力鐵甲艦“胡阿斯卡號”。
早在1863年，祕魯爲了應對即將來到的戰爭，已和玻利維亞祕密締結了軍事同盟條約。戰爭爆發後，玻利維亞政府向國內下達了軍事動員令，和祕魯結成聯軍，對智利軍進行殊死抵抗。智利軍隊措手不及，形勢一度陷入被動。
1879年11月，7000名智利士兵在6艘軍艦的護送下，在伊基克要塞附近登陸，祕、玻聯軍進行殊死抵抗，但當時玻利維亞陸軍裝備低劣，部隊裏充斥着腳蹬涼鞋、穿着五花八門服裝的印第安人，他們沒有步槍等火器，只有原始的弓箭和十字弩，這也使“南美太平洋”成爲世界上最後一場使用弓弩作戰的戰爭。智利軍隊獲勝並迅速地佔領了祕魯的塔拉帕卡省全境。
1880年初，智利軍隊在祕魯伊洛和帕科查港登陸，佔領莫克瓜，通過沙漠地帶，在塔克納和阿里卡兩次戰役中打敗了玻祕聯軍。至此，玻利維亞失去了所有太平洋沿海領土，祕魯海軍則全軍覆沒。
玻利維亞和祕魯兩國軍隊戰敗的消息傳回國內，輿論譁然，政局動盪。祕魯總統普拉多下臺，反對派首領彼得羅拉上臺並重組力量抵抗智利。玻利維亞總統達薩被趕下臺，坎佩羅成爲該國臨時軍隊領導人。爲了保住祕魯邊境的阿里卡和以北的塔克納，玻、祕兩國緊急組織軍隊抵抗。1880年5月，祕、玻聯軍慘敗，智利攻下塔克納，玻軍被迫退回本土，並從此退出戰爭。緊接着，智利軍隊又攻陷了由祕魯守衛的阿里卡港口。到1880 年6月，祕、玻兩國丟掉了安託法加斯塔、塔拉帕卡、阿里卡、塔克納等地，而這些地方正是硝石和鳥糞的主產區。
1880年6月，三國代表舉行談判，但祕魯拒絕智利提出的議和條件，只同意暫時休戰。出於人道考慮，智利允許祕魯用運輸船把被俘的祕魯傷兵運走，但傷兵人數超過了運輸船的裝載量，智利將“羅阿號”軍艦借給祕魯方運送傷員。7月3日，“羅阿號”完成任務，拖着一條滿載祕魯提供的水果的駁船返航時，駁船突然發生爆炸，並傷及“羅阿號”。智利政府認爲這是祕魯設下的陰謀，決定採取嚴厲的報復措施——攻佔利馬。1881年1月，2.6萬智利軍隊向利馬城發起總攻，祕魯守軍只進行了兩天抵抗便四散奔逃。智利佔領利馬後，並對利馬城大肆搶掠和焚燒，毀壞、偷走名貴油畫，甚至運走利馬圖書館的圖書和動物園裏的動物。先後扶植了兩屆傀儡政府。1883 年10月，祕魯與智利政府正式簽訂《安孔條約》。
1883年10月20日，祕魯與智利在利馬北部安孔城簽訂條約，結束了南美太平洋戰爭。根據《安孔條約》，祕魯將塔拉帕卡省割讓給智利，並將塔克納和阿里卡兩地區交給智利管轄10年。玻利維亞則先後於1884年和1904年與智利簽訂了《瓦爾帕萊索協定》和“和平友好條約”。玻利維亞喪失了安第斯山脈與太平洋沿岸之間的全部領土，變成了一個沒有出海口的內陸國，嚴重地影響了其經濟的發展。自戰爭結束後的130多年裏，玻利維亞從沒放棄索要出海口的要求，其與智利的關係也因“出海口問題”難以改善，1962年兩國一度斷交。爲了重獲出海口，玻利維亞不斷在國際場合向智利施壓，但始終沒有實質性進展。2013年4月，玻利維亞正式向國際法院起訴智利，要求同後者就解決出海口等問題展開談判，但智利政府拒絕由海牙國家法庭處理這一問題，從而引發兩國之間的持續對抗。
