В сражении, длившемся до вечера, особенно отличились Гарибальди и его Итальянский легион. Понеся большие потери, Удино отступил в Чивитавеккью.
Генерал сообщил о трудностях экспедиции Луи-Наполеону. Президент Французской республики, не колеблясь, приказал выслать Удино подкрепления. Столь же срочно, потому что на носу были муниципальные выборы, Луи-Наполеон направил в Рим чрезвычайного посла барона де Лессепса, вошедшего в историю как руководитель компании, строившей Суэцкий канал. Барону была поставлена четкая задача: добиться перемирия. При этом посол должен был настоять на полном восстановлении светской власти папы. Почти одновременно с французами против Римской республики выступили неаполитанские войска: здесь экспедиционный корпус насчитывал 8500 солдат и 52 полевых орудия.
Авангарду неаполитанского корпуса преградил путь Гарибальди с 2300 бойцов, включая батальон ломбардских берсальеров под командой Лучано Манары. Сражение произошло 9 мая возле городка Палестрина. Именно берсальеры атаковали неаполитанцев и вынудили их отступить. Неделю спустя новый командующий римской армией генерал Розелли решил атаковать главные силы неаполитанцев, но те предпочли отойти к Террачине. Двухтысячный отряд Гарибальди попытался приостановить этот отход, но явное неравенство сил не позволило ему задержать войска Фердинанда II, лично прибывшего на театр военных действий. Вскоре к Террачине подошел и отряд испанцев (около 9000 человек). В создавшихся условиях Мадзини оставалось только идти на переговоры с французами, и 31 мая он подписал с Лессепсом соглашение о длительном перемирии. В соглашении подчеркивалось, что французы считают себя дружественной армией, пришедшей на защиту римлян и целостности их территории. От имени Французской республики Лессепс гарантировал защиту Римской республики и всей области Лацио от иностранного вторжения. Одновременно Лессепс добился санкции на постоянное пребывание французского экспедиционного корпуса в Лацио на правах «вооруженного друга».
Еще в ходе переговоров Розелли предусмотрительно призвал всех добровольцев вернуться в Рим, ибо после сражения при Террачино они несколько удалились от города. Гарибальди и Манара вошли в Рим 1 июня. И как раз вовремя. Еще, как говорится, не высохли чернила на соглашении о перемирии, как Лессепс получил письмо от Луи-Наполеона, предписывавшее ему немедленно возвращаться в Рим. В другом письме, отправленном генералу Удино, французский президент потребовал начать осаду Рима. Генерал, в распоряжении которого теперь находилось уже 30 000 солдат и 75 осадных орудий, начал осаду Вечного города 3 июня. При этом испано-неаполитанские войска отступили от города.
Первой целью французов было занятие холма Джаниколо, господствовавшего над городом. Эту задачу они после кровопролитного боя частично выполнили. Среди защитников города опять отличились воины Гарибальди. Вплоть до 20 июня продолжались артиллерийские бомбардировки Рима. Французы постепенно занимали бастионы Трастевере. Удино предложил защитникам города сдаться, на что Мадзини ответил отказом. Тогда французы начали непосредственный штурм города. Им удалось переправиться через Тибр близ Понте-Мильвио, несмотря на героическое сопротивление университетского батальона. В бою пало много римских студентов.
И все-таки атака французов была остановлена. Очередной штурм Удино предпринял 26 июня – и снова неудачно. Последнее сражение Римской республики произошло 30 июня, на Джаниколо, в районе виллы Вашелло. Ее защищали гарибальдийцы. Они не раз поднимались в штыковые атаки, но силы были неравные. В бою погибло около 2 тыс. французов против 3 тыс. убитых и раненых среди защитников города, но сражение было проиграно.
В полдень 1 июля была объявлена краткая передышка, чтобы подобрать раненых и похоронить убитых. В это самое время Мадзини объявил на заседании Учредительного собрания, что капитуляции есть только одна альтернатива: битва в городских стенах с потенциальными разрушениями и грабежами. Гарибальди заявил, что дальше сопротивляться невозможно, и предложил войскам выйти из Рима, добавив: «Где бы мы ни были, Рим останется с нами». На следующий день на площади Св. Петра Гарибальди произнес свою знаменитую речь: «Я ухожу из Рима, но буду продолжать войну с чужеземцами. Идите за мной… Не обещаю платы, не надеюсь долго отдыхать. Зато воды и хлеба будет в достатке».
К назначенному времени на площадь Сан-Джованни явилось четыре тысячи вооруженных парней. В отряде было 800 лошадей и одна пушка. В 20.00 гарибальдийцы вышли из Рима, направившись через Умбрию к Валь-ди-Кьяна и Ареццо. В конце концов гарибальдийцы укрылись в Республике Сан-Марино.