Paysandú fue rodeada por tierra por tropas brasileñas y por los colorados de Flores y fue sometida a un bombardeo durante un mes por una poderosa escuadra brasileña. Desde la costa argentina, entrerrianos y correntinos contemplaron conmovidos e indignados la destrucción de la ciudad no fortificada.
El 2 de diciembre de 1864, las fuerzas sublevadas ―que cometieron traición a la Patria al contar con el respaldo de una escuadra fluvial del Imperio de Brasil, al mando del Marqués de Tamandaré (corbetas a vapor Recife, Belmonte y Paranahíba y las cañoneras Ivahý y Araguaia), y de tropas porteñas enviadas por el unitario Bartolomé Mitre (acérrimo enemigo de Uruguay)― pusieron nuevo cerco a Paysandú.
Bloqueada por vía fluvial y atacada por un ejército que inicialmente sumaba 5500 hombres (4000 de Flores y 1500 del brasileño Antônio de Sousa Neto) y que el 27 de diciembre ascendió a 15 000 (con la incorporación de fuerzas del general brasileño José Luis Mena Barreto), la defensa opuso 1086 combatientes a las órdenes de los coroneles Leandro Gómez y Lucas Píriz. Entre los defensores de Paysandú se encontraban varios argentinos federalistas. Entre ellos se incluye Rafael Hernández (hermano del célebre José Hernández, autor del Martín Fierro), quien esperaba al otro lado del río Uruguay la oportunidad para unirse a los defensores.
Venancio Flores envió un ultimátum a Leandro Gómez exigiendo la inmediata rendición, y este devolvió la carta con una frase agregada, encima de su firma: «Cuando sucumba».
La defensa de la plaza, que no contaba con murallas, duró exactamente un mes: desde el 2 de diciembre de 1864 hasta el 2 de enero de 1865. Leandro Gómez y Lucas Píriz se hicieron fuertes en el centro de la villa en torno a un perímetro de seis manzanas por dos, sosteniéndose de forma poco menos que increíble ante la disparidad de fuerzas, mientras esperaban refuerzos que descomprimieran la situación y forzaran a Flores a levantar el sitio.
Los auxilios que se esperaban nunca llegaron. El caudillo argentino ―el sanluiseño Juan Saá (Lanza Seca) fue detenido por el caudillo colorado de Soriano, Máximo Pérez, en el Río Negro (Uruguay), y el caudillo entrerriano Justo José de Urquiza se mantuvo neutral, pese a que uno de sus hijos participó en la defensa.
El 8 de diciembre se convino una tregua que permitió evacuar a parte de las familias y algunos extranjeros, que pasaron a una isla del río Uruguay bajo jurisdicción argentina, la Isla de la Caridad, así llamada desde entonces.
A pesar de la violencia del bombardeo desde el río y tierra, Paysandú, casi destruida, resistió y la bandera uruguaya aún flameaba en lo alto de la torre de la iglesia. La situación despertó una oleada de entusiasmo nacionalista en toda el área, si bien el cerco de los sitiadores impidió toda llegada de ayuda.
Entre tanto, el gobierno de Atanasio Cruz Aguirre, que sucedió a Bernardo Berro, quemó públicamente en Montevideo las copias de los tratados firmados con el Brasil en 1851 al finalizar la Guerra Grande, como forma de protesta ante el hecho (diciembre de 1864).
La defensa de Paysandú (Uruguay), a cargo del uruguayo Coronel Leandro Gómez, frente al sitio impuesto por las tropas del general uruguayo Venancio Flores y soldados aliados del Imperio de Brasil, y argentinos (enviados por Bartolomé Mitre), ocurrió entre diciembre de 1864 y enero de 1865.
Los sitiadores prepararon el asalto final para la madrugada del 31 de diciembre, cuando un infierno artillero se abatió sobre la villa. Los defensores, padeciendo toda suerte de privaciones, resistieron hasta la mañana del 2 de enero de 1865. Entonces Leandro Gómez que, junto a Lucas Píriz, muerto en acción el 31, había sido ascendido a General por el Gobierno de Aguirre, pidió una tregua para enterrar a los muertos a través del oficial colorado Atanasildo Saldaña, que era su prisionero. Este cumplió el encargo y regresó con una negativa. En medio de esas gestiones los brasileños entraron al recinto fortificado abrazándose con los defensores y gritando que se había convenido la paz, lo que no era cierto. Leandro Gómez y su Estado Mayor se vieron de pronto rodeados y tomados prisioneros.
Ancianos, mujeres y niños, que habían abandonado la ciudad al notificarse el bombardeo, quedaron en carpas o a la intemperie en una isla. La ciudad se entregó, por fin el 2 de enero de 1865. Sus defensores apenas sumaban 1.000 hombres contra 8.000 y 40 piezas de artillería que habían reunido los brasileños y orientales a las órdenes de Flores.
Capitanes de la defensa de Paysandú (diciembre de 1864): Pedro, Máximo y Rafael Rivero, Lidoro Sierra, y García
Según las versiones de varios analistas del hecho, Leandro Gómez pidió ser conducido como prisionero no ante los jefes brasileños, sino ante los orientales. Este hecho sería el que decidiría su suerte. Reclamado como prisionero por el comandante Francisco Belén, Leandro Gómez fue avistado por el Gral. José Gregorio Suárez, fanático partidario de la divisa colorada, que ordenó su fusilamiento sin juicio previo.
Junto a Leandro Gómez también fueron pasados por las armas los comandantes Juan María Braga, Eduviges Acuña y Federico Fernández, únicos oficiales del estado Mayor sobrevivientes al sitio. Como era de estilo en las guerras civiles en el Uruguay, Suárez mandó quintar a los prisioneros, unos 600 en total (elegir uno de cada cinco para ejecutar, al estilo del procedimiento romano de diezmar a las legiones rebeldes) y ya había comenzado los fusilamientos de otros oficiales cuando la intervención del coronel José Murature, comandante de la escuadrilla porteña apostada frente a la villa, impidió que el hecho pasase a mayores, invocando una orden de Flores y Tamandaré en contrario.
La ejecución de los oficiales rendidos, en cambio, no era en absoluto moneda corriente en las guerras civiles. Sin embargo, con el antecedente del fusilamiento de 152 oficiales y soldados implicados en la revolución de 1858 contra el gobierno de Gabriel Antonio Pereira, hecho conocido como la Masacre de Quinteros (febrero de 1858), y que la Cruzada Libertadora de Venancio Flores tomó como bandera para el Partido Colorado, los fusilamientos de Paysandú se consideran como la venganza de aquel hecho.
Cabe señalar que meses antes, el 4 de agosto de 1864, los defensores de la villa (hoy ciudad) de Florida, capital del departamento homónimo, también habían sido fusilados por orden de Venancio Flores, tras la toma de la plaza por parte de éste.
La «Cruzada Libertadora» de Flores, constituye un antecedente inmediato de la Triple Alianza contra Paraguay. Una posible alianza entre el gobierno de Montevideo y el de Asunción, que le suministrara a Paraguay una salida al mar a través del Río Uruguay, hubiera complicado los planes expansionistas de Brasil.
Por eso, la instalación en Montevideo de un gobierno favorable al Imperio, era una condición casi imprescindible para consumar el genocido paraguayo.
Leandro Gómez fue tomado prisionero por un oficial brasileño, pero rechazó el ofrecimiento que éste le hacía de protegerlo de sus compatriotas. El después general Francisco Belén le ofreció la garantía de su vida en nombre de Flores, pero por orden del general Gregorio Suárez fue fusilado en plena calle, junto a varios de sus oficiales.3 Un proveedor de las fuerzas de Flores arrancó la larga barba del cadáver; en días posteriores los oficiales vencedores utilizaron el despojo como trofeo de guerra y objeto de burla.
Este episodio es conocido como "La defensa de Paysandú", a veces aludido simplemente como "La defensa", y ha llevado a que la ciudad haya sido designada como "La heroica Paysandú". La figura de Leandro Gómez es reconocida como un ejemplo de valor militar, y exaltada –particularmente por los allegados al Partido Nacional– como uno de los grandes héroes de la historia de Uruguay.
Los hechos de Paysandú produjeron una reacción de simpatía con las víctimas y de protesta contra el Imperio del Brasil. Miguel Navarro Viola escribió entonces el folleto Atrás el Imperio, un grito de alarma y de censura contra el gobierno y contra el ministro Elizalde por sus complacencias con los enviados imperiales; y Oligario V. Andrade hizo sonar su lira con irritación:
¡Sombra de Paysandú! Lecho de muerte Donde la libertad cayó violada! Altar de los supremos sacrificios Santuario del valor!
Montevideo, sitiada y bloqueada por los brasileños y por los colorados de Venancio Flores, capituló en febrero de 1865. Flores se hizo cargo del gobierno provisional, y cerca de la capital quedó un ejército brasileño de observación.