Otra vez en la patria, Caseros

Al conocer el pronunciamiento del general Urquiza contra el gobernador de Buenos Aires, Juan Manuel de Rosas, se embarca el 12 de setiembre, junto con Mitre y Paunero, para participar en la campaña libertadora, convencido de que sus escritos habían influido en la decisión de Urquiza. Se entrevista con éste, que le encarga la misión de editar el Boletín del Ejército Grande de Sudamérica, para estimular la adhesión de los pueblos.

El 3 de febrero  de 1852 participa en la batalla de Caseros, en la que es derrotado Rosas.
Hasta Caseros, fue boletinero del Ejército Grande con el grado de teniente coronel (tarea que recogió posteriormente en su libro de 1852 Campaña en el Ejército Grande Aliado de Sud América). Ostentaba en aquellos calores del litoral argentino, "una severidad de equipo estrictamente europea". Era una "protesta contra el espíritu gauchesco": usaba levita abotonada, quepis francés y pesada capa de goma por si caía algún chaparrón de verano, preanunciaba su intención de montar en la Argentina un ejército moderno.
Las relaciones de Sarmiento con Urquiza no tardaron en complicarse. Sarmiento veía en el a un conservador que, si bien quería establecer en el país una constitución de corte republicano y federal, estaba decidido a rehacer los viejos arreglos entre gobernadores de la ya derrotada confederación rosista. A Urquiza le disgustaba la pasión con que Sarmiento enfrentaba sin vueltas ni engaño a los gobernadores complicados con el viejo orden y firmantes luego del Pacto de San Nicolás ("ese no hiere por la espalda", decía Urquiza de Sarmiento).