Вначале Цезарь не придал особого значения испанским событиям. Но скоро положение приняло нежелательный для него оборот. Справиться с помпеянцами своими силами его наместники в Испании Квинт Фабий Максим и Квинт Педий не могли и стали просить Цезаря как можно скорее явиться в Испанию самому и с большими силами. И в самом конце 46 г. до н. э., несмотря на трудности зимнего времени, Цезарю пришлось отправиться в Испанию. В январе 45 г. до н. э., передвигаясь со своей обычной быстротой, он уже был на театре военных действий. Еще до этого Помпей, предвидя появление Цезаря и, видимо, не чувствуя особой поддержки на побережье, отступил в долину реки Бетис, где у него имелась сильная опора, особенно в Кордубе. После некоторых стычек и осад отдельных городов Цезарь приступил к осаде Кордубы. Помпей же, полагая, что Цезарь зимой никаких активных действий не предпримет, практически ничего не сделал для организации обороны. В Кордубе со своим отрядом находился Секст, а Гней с основной армией почти беспорядочно двигался по долине Бетиса, дабы не дать отпасть от него как можно большему числу городов. 17 марта 45 г. до н. э. произошла последняя битва этой гражданской войны. Она разворачивалась около небольшого города Мунды недалеко от Кордубы. Долгое время ни то, ни другое войско не могло одержать победу, и лишь смелый рейд мавританской конницы во фланг помпеянской армии решил дело. Армия Помпея младшего была полностью разгромлена.
Вар и Лабиен погибли в этой битве. Гней был ранен и бежал в приморский город Картею. Однако в этом городе после долгих споров победили сторонники Цезаря, так что укрепиться там Помпей не смог. Тогда с отрядом еще верных ему воинов Помпей захватил несколько кораблей, чтобы уйти из Картеи, но картейцы помешали ему выйти из гавани. Высадившись снова на берег, Гней с отрядом стал пробираться внутрь материка. Цезарь направил отряд во главе с Цезеннием Лентоном на его поиски. Лентон сумел обнаружить убежище, где прятался Помпей. В завязавшейся схватке Гней Помпей младший был убит.
Секст Помпей, находившийся в Кордубе, в битве при Мунде не участвовал. Узнав об ее исходе, он понял, что долго продержаться в городе не сможет. И он посоветовал кордубцам самим договариваться с Цезарем об условиях сдачи, а сам, раздав своим всадникам имевшиеся у него деньги, с небольшим отрядом верных людей ушел в горы. Секст предпочел покинуть Дальнюю Испанию и перебраться в Ближнюю, где у его отца со времен войны с Серторием имелась обширная клиентела. Его базой стала территория племени лацетанов, откуда он стал совершать набеги на соседние районы. В скором времени к нему присоединилось довольно большое количество самого разного народа, недовольного Цезарем или, скорее, его чиновниками в Испании. Некоторые прибыли к нему даже из Африки, как местный царек Арабион, лишенный своего трона сторонниками Цезаря. Из всех этих людей Секст набрал не менее пяти легионов, с которыми и вел войну с цезарианцами. Помпей даже стал чеканить собственные монеты, на которых помешал свое имя в форме Секст Магн (Великий), подчеркивая свое происхождение от великого отца; он присвоил себя также прозвище Пий (Благочестивый), что должно было указывать на то, что он воюет ради памяти Помпея. Изображенному на монетах богу Янусу были приданы портретные черты Гнея Помпея. Обеспокоенный Цезарь направил против него войска во главе со своим легатом Гаем Карриной. Но Помпей помнил уроки своего брата. Он избегал открытого сражения и прибегнул к тактике партизанской войны, внезапно нападая на войска Каррины и постоянно истощая их этими нападениями. Цезарю пришлось сменить командующего своими войсками. В 44 г. до н. э., незадолго до своей смерти, он назначил в ранге проконсула наместником Дальней Испании Гая Азиния Поллиона, а Ближней — Лепида. В основном военные действия против Помпея вел Поллион, но тоже не очень удачно. Помпею удалось захватить ряд городов и укрепить свое положение.