战争初期，智利凭借两倍于秘玻联合舰队的海军，迅速封锁了秘鲁和玻利维亚的海岸。1879年5月，智利海军司令威廉姆斯留下战舰“埃斯美莱达号”封锁秘鲁要塞伊基克，但遭到秘鲁海军的偷袭，“埃斯美莱达号”被击沉。同年10月8日，智利舰队在例行巡航中遭遇秘鲁舰队，双方展开了南美历史上第一次铁甲舰决战。智利海军摧毁了秘鲁主力铁甲舰“胡阿斯卡号”。
早在1863年，秘鲁为了应对即将来到的战争，已和玻利维亚秘密缔结了军事同盟条约。战争爆发后，玻利维亚政府向国内下达了军事动员令，和秘鲁结成联军，对智利军进行殊死抵抗。智利军队措手不及，形势一度陷入被动。
1879年11月，7000名智利士兵在6艘军舰的护送下，在伊基克要塞附近登陆，秘、玻联军进行殊死抵抗，但当时玻利维亚陆军装备低劣，部队里充斥着脚蹬凉鞋、穿着五花八门服装的印第安人，他们没有步枪等火器，只有原始的弓箭和十字弩，这也使“南美太平洋”成为世界上最后一场使用弓弩作战的战争。智利军队获胜并迅速地占领了秘鲁的塔拉帕卡省全境。
1880年初，智利军队在秘鲁伊洛和帕科查港登陆，占领莫克瓜，通过沙漠地带，在塔克纳和阿里卡两次战役中打败了玻秘联军。至此，玻利维亚失去了所有太平洋沿海领土，秘鲁海军则全军覆没。
玻利维亚和秘鲁两国军队战败的消息传回国内，舆论哗然，政局动荡。秘鲁总统普拉多下台，反对派首领彼得罗拉上台并重组力量抵抗智利。玻利维亚总统达萨被赶下台，坎佩罗成为该国临时军队领导人。为了保住秘鲁边境的阿里卡和以北的塔克纳，玻、秘两国紧急组织军队抵抗。1880年5月，秘、玻联军惨败，智利攻下塔克纳，玻军被迫退回本土，并从此退出战争。紧接着，智利军队又攻陷了由秘鲁守卫的阿里卡港口。到1880 年6月，秘、玻两国丢掉了安托法加斯塔、塔拉帕卡、阿里卡、塔克纳等地，而这些地方正是硝石和鸟粪的主产区。
1880年6月，三国代表举行谈判，但秘鲁拒绝智利提出的议和条件，只同意暂时休战。出于人道考虑，智利允许秘鲁用运输船把被俘的秘鲁伤兵运走，但伤兵人数超过了运输船的装载量，智利将“罗阿号”军舰借给秘鲁方运送伤员。7月3日，“罗阿号”完成任务，拖着一条满载秘鲁提供的水果的驳船返航时，驳船突然发生爆炸，并伤及“罗阿号”。智利政府认为这是秘鲁设下的阴谋，决定采取严厉的报复措施——攻占利马。1881年1月，2.6万智利军队向利马城发起总攻，秘鲁守军只进行了两天抵抗便四散奔逃。智利占领利马后，并对利马城大肆抢掠和焚烧，毁坏、偷走名贵油画，甚至运走利马图书馆的图书和动物园里的动物。先后扶植了两届傀儡政府。1883 年10月，秘鲁与智利政府正式签订《安孔条约》。
1883年10月20日，秘鲁与智利在利马北部安孔城签订条约，结束了南美太平洋战争。根据《安孔条约》，秘鲁将塔拉帕卡省割让给智利，并将塔克纳和阿里卡两地区交给智利管辖10年。玻利维亚则先后于1884年和1904年与智利签订了《瓦尔帕莱索协定》和“和平友好条约”。玻利维亚丧失了安第斯山脉与太平洋沿岸之间的全部领土，变成了一个没有出海口的内陆国，严重地影响了其经济的发展。自战争结束后的130多年里，玻利维亚从没放弃索要出海口的要求，其与智利的关系也因“出海口问题”难以改善，1962年两国一度断交。为了重获出海口，玻利维亚不断在国际场合向智利施压，但始终没有实质性进展。2013年4月，玻利维亚正式向国际法院起诉智利，要求同后者就解决出海口等问题展开谈判，但智利政府拒绝由海牙国家法庭处理这一问题，从而引发两国之间的持续对抗。