Entre ultimatos e pedidos de punição, ocorreu uma temporária invasão do Uruguai. É provável que López tenha entendido essa ação militar brasileira como sinal de expansionismo em marcha que logo alcançaria o Paraguai. Em 10 de novembro, por ordem das autoridades paraguaias, mesmo antes do rompimento diplomático com o Brasil, foi aprisionado o navio do Império Marquês de Olinda, que subia o Rio Paraguai na direção de Mato Grosso. O conflito logo se deflagrou. Em 23 de dezembro de 1864, as tropas paraguaias lançaram, com sucesso, uma ofensiva contra o Mato Grosso.
Em abril de 1865, mesmo sem consentimento, as forças de López avançaram pelo território argentino, visando atacar o Rio Grande do Sul e o Uruguai. Comentava-se que Solano López talvez imaginasse que a vitória obtida no ataque a Mato Grosso levaria o Brasil a acertar um acordo com o Paraguai, que, contando com o apoio dos blancos uruguaios e das províncias argentinas opositoras a Mitre, se transformaria, então, em uma força importante no jogo político do continente. Entretanto, os fatos seguintes não realizariam o desejo de López: o suporte argentino, tão esperado, não se concretizou e, no Uruguai, o poder fora ocupado pelo colorado Venâncio Flores, com o auxílio do Brasil.
No dia 1º de maio de 1865 era assinado o Tratado Secreto da Tríplice Aliança pelos governos da Argentina, do Brasil e do Uruguai, sendo o comando das forças aliadas entregue ao presidente argentino Mitre. Constava no Tratado a determinação, entre outros itens, de que a paz só seria negociada após a deposição de López. O Paraguai também era sentenciado, por ter sido a nação agressora, a pagar os altos custos decorrentes do conflito.
Os aliados, considerando a vantagem numérica militar em relação ao inimigo, tinham como expectativa que o conflito não se alongaria muito. O próprio imperador, transformado no "senhor da guerra", no dizer da historiadora Lilia Moritz Schwarcz, escreveria do cenário do conflito, para onde se deslocara sem ouvir objeções do seu Gabinete, em 7 de julho de 1865: "A guerra vai bem e espero que pouco durará". Essa postura se opunha à imagem de um monarca civil avesso "à mais rudimentar experiência da guerra" e geraria inúmeros comentários. Dizia-se que D. Pedro II assumira a condição de "voluntário número um" até porque, nas imagens oficiais daquela época, aparecia sempre vestido para combate. O otimismo quanto à duração do conflito alcançava o plano econômico, pois os aliados contabilizavam lucros obtidos no comércio exterior, além do fato de a guerra envolver grandes negócios, que incluíam armas, víveres etc.
O Exército imperial constituira-se inicialmente apenas com o efetivo oriundo das milícias da Guarda Nacional de São Paulo, Minas Gerais e Goiás. Mais adiante utilizaria o recrutamento. Este, no primeiro ano, quando a guerra era vista como uma "cruzada patriótica", era realizado voluntariamente. O major Cristiano Pletz, considerado herói da Guerra do Paraguai, registrou em suas memórias:
"O governo do Império, dispondo senão de uns 10 ou 12 mil homens do Exército, convidou o povo brasileiro a se apresentar voluntariamente para defesa da Pátria. Na véspera da partida (...) jovens e senhoritas (...) jogavam flores. Alegre ... triste baile de despedida (...) Seguimos (...) para o quartel do Campo de Santana (...) achava-se em organização o 2º Batalhão de Voluntários sob o comando do tenente-coronel Manuel Deodoro da Fonseca".
Logo o recrutamento tornou-se compulsório. A imprensa na corte publicava nota no Opinião Liberal de 13 de dezembro de 1867: "Foi resolvido em Conselho de Ministros a desapropriação de 30 mil escravos para formarem um novo exército libertador do Paraguai. (...) Com tal exército, espera o governo salvar a honra do país e desagravá-lo das ofensas recebidas".
Tal forma de recrutamento envolvia diretamente a propriedade servil. Apesar de bem pagas, essas desapropriações traziam inconvenientes, pois era difícil, muitas vezes quase impossível, substituir a mão de obra. Por outro lado, bem mais grave para a estrutura econômica do Império era o que o historiador Nelson Werneck Sodré considerava "estímulo implícito que o processo conferia à extinção do escravismo", e que ficaria visível e evidente após o encerramento do conflito.
